一種冷熱水精確調(diào)溫節(jié)水閥的設(shè)計

摘 要：設(shè)計針對現(xiàn)在家里、旅館里、公共浴室里現(xiàn)有冷熱水混合調(diào)節(jié)閥不能精確調(diào)溫、需要反復(fù)調(diào)節(jié)的缺點，設(shè)計出一種更加精確、節(jié)約、一次性調(diào)節(jié)到位的混合調(diào)溫閥門。利用設(shè)計的機械結(jié)構(gòu)和內(nèi)部溫度傳感包能自動感應(yīng)完成水溫調(diào)節(jié)。

關(guān)鍵詞：冷熱水 調(diào)溫 節(jié)水 閥門

中圖分類號：TM924 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）11（a）-0049-01

隨著社會的發(fā)展，各種各樣的熱水器得到了廣泛的使用。在家里、旅館里、公共浴室里，當(dāng)忙碌了一天的人們打開淋浴準(zhǔn)備洗澡時，卻發(fā)現(xiàn)熱水器里噴出的熱水不是太燙就是溫度太低，需要反復(fù)操作幾次才能找到合適溫度的熱水。這種反復(fù)操作的調(diào)溫方法，一方面調(diào)節(jié)花費的時間較長；另一方面在強調(diào)綠色、節(jié)能、環(huán)保的今天，浪費了大量的水資源。

論文主要針對上述問題，結(jié)合現(xiàn)在家里、旅館里、公共浴室里現(xiàn)有冷熱水混合調(diào)節(jié)閥不能精確調(diào)溫、需要反復(fù)調(diào)節(jié)的缺點，設(shè)計了一種更加精確、節(jié)約、可以一次性調(diào)節(jié)到位的混合調(diào)溫閥門。

1 設(shè)計背景

課題在進(jìn)行設(shè)計之前，對個人家庭現(xiàn)有的閥門做了調(diào)查，發(fā)現(xiàn)個人家用的幾乎所有水閥，有單通閥，雙通閥、還有用于淋浴的三通冷熱水混合閥門，但沒有發(fā)現(xiàn)具有精確調(diào)溫的自動控制閥門。

不管其外部形狀如何，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)及其實現(xiàn)原理大致一樣，可以為球閥、或者蝶閥、陶瓷芯片閥芯，在閥門的中心開有圓孔或錐孔，通過旋轉(zhuǎn)閥門上部的閥桿，調(diào)節(jié)左、右冷熱水的百分比流量，可以達(dá)到溫度的調(diào)節(jié)。當(dāng)人們在使用的時候，往往根據(jù)經(jīng)驗旋轉(zhuǎn)到一定位置進(jìn)行調(diào)節(jié)。由于個人使用習(xí)慣或冷熱水管水壓發(fā)生變化時，不得不不斷地進(jìn)行重復(fù)操作。這樣浪費了不少寶貴的水資源和家庭的電或氣。

針對上述情況，設(shè)計一種簡單易用價格便宜的冷熱水精確調(diào)溫節(jié)水閥是非常有意義的。

2 研究方法

2.1 分析現(xiàn)有閥門結(jié)構(gòu)和工作原理

設(shè)計時，通過對幾種現(xiàn)有普通閥門的對比，發(fā)現(xiàn)家用最多的陶瓷芯片的閥門不具有設(shè)計創(chuàng)新的基礎(chǔ)。同時通過對比詳細(xì)了解了普通球閥結(jié)構(gòu)，見圖1，發(fā)現(xiàn)要想獲得精確的溫度調(diào)控，是不是可以將原水閥的內(nèi)外結(jié)構(gòu)都進(jìn)行改造：根據(jù)控制閥的流量特性=控制閥開度（閥栓的行程）與流量之間的關(guān)系[1]，設(shè)想只要合理設(shè)計球閥冷熱水圓錐孔的結(jié)構(gòu)，當(dāng)旋轉(zhuǎn)閥柄使冷熱水流量相對閥柄角度行程呈直線變化的特性，在閥柄外部同時加以對應(yīng)的溫度刻度就可以實現(xiàn)溫度的調(diào)節(jié)。但在具體研究的同時，發(fā)現(xiàn)當(dāng)外部冷熱水溫度在進(jìn)入調(diào)節(jié)閥時不能保持與測試或標(biāo)定一致時，發(fā)現(xiàn)溫度就會有較大的偏差。當(dāng)然這種設(shè)計思路具有一定的創(chuàng)新，但因不滿足具體要求而放棄。

2.2 結(jié)構(gòu)重構(gòu)

當(dāng)傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)改造不足以實現(xiàn)設(shè)計目標(biāo)時，只能進(jìn)行新的結(jié)構(gòu)設(shè)計和控溫原理設(shè)計了。通過上邊的分析，發(fā)現(xiàn)設(shè)計時通過手柄旋轉(zhuǎn)在一定條件下可以達(dá)到某一指定溫度的控制，只不過難以解決的是冷熱水流入控制閥不是指定溫度時，外部溫度刻度就會發(fā)生變化。這時要想得到恒定的混合溫度，唯一解決得方案是設(shè)置一溫度感應(yīng)原件或溫度感應(yīng)包推動內(nèi)部機械零件調(diào)節(jié)冷熱水閥的流入量就可以實現(xiàn)，于是出現(xiàn)了本結(jié)構(gòu)中的溫度感應(yīng)包和活塞。詳細(xì)結(jié)構(gòu)[2]見圖2和圖3。

結(jié)構(gòu)圖2中，主要控制部分為內(nèi)部控制芯，1為帶空腔閥芯主體、2為冷水流入截面空隙、3為熱水流入截面空隙、4為可以運動的活塞桿、5為活塞保護(hù)彈簧、6為過載保護(hù)彈簧、7為溫度感應(yīng)包、8為螺紋配合。

其原理是利用恒溫混水閥本體中內(nèi)置的感溫包，自動將混合水控制在閥設(shè)定的溫度上。當(dāng)混合水溫升高時，感溫元件因熱膨脹帶動連在一體的活塞向下運動，使熱水進(jìn)水截面變小，水流變少；當(dāng)室溫下降時，感溫元件因冷卻收縮，活塞上升使冷水進(jìn)水流量開始下降。因此，出水的混合水始終會恒定在閥設(shè)定的溫度值。

當(dāng)恒溫閥把手左右旋轉(zhuǎn)時，固定在手柄上的內(nèi)螺紋和空腔閥芯主體外部外螺紋形成相對螺旋運動，因為手柄位置固定，所以整個運動轉(zhuǎn)化為空腔閥體的上下直線運動。對每一個選定溫度范圍的閥，通過調(diào)節(jié)把手和螺紋的行程可改變溫度控制范圍，如溫度為20 ℃～40 ℃的溫控閥，可改變螺紋行程實現(xiàn)30 ℃～50 ℃或40 ℃～60 ℃等溫度范圍的控制[3]。在實際使用中為了避免水壓波動產(chǎn)生誤差，可以在使用中將溫控水閥的進(jìn)口再接1個水限壓閥，保持閥進(jìn)口水壓近似為一個常量值便可得到滿意的效果。

3 結(jié)論

通過上述論證，參照同類其他閥門結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)創(chuàng)新，設(shè)計了一種更加精確、節(jié)約、可以一次性調(diào)節(jié)到位的混合調(diào)溫閥門。其主要實現(xiàn)三大功能：（1）可以一定范圍內(nèi)溫度值的設(shè)定，用戶可以根據(jù)需要自行調(diào)節(jié)冷熱水混水溫度；（2）具有平衡供水端冷熱水的壓力或溫度波動值保持輸出水溫度恒定的功能；（3）節(jié)水功能。

參考文獻(xiàn)

[1]李建紅.基于價值工程的恒溫混水閥研發(fā)及國產(chǎn)化[D].山東：華南理工大學(xué) 2010.

[2]專利：200920263790.7.

[3]沈延康.溫度自動調(diào)節(jié)水閥及其應(yīng)用[J].液壓與啟動，1999（4）：39-40.