专利名称：恒温混合旋塞用流量控制阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种恒温控制阀，更具体说涉及一种带有体积控制器件的恒温控制混合阀。
在管工领域内混合阀是众所周知和普遍采用的。这些阀可以提供来自单独的热水和冷水源的混合水流。其次，用于手柄式混合阀的恒温控制是众所周知的。采用恒温控制的一个理由是为了消除当热水源温度波动时不断的再调节。热水源的温度可能大幅度地变化，而且，冷水管内的压力也可能变化，因此改变了热水和冷水流的比例，从而使混合水的温度波动。
已知的恒温阀存在封闭问题和通常比未装恒温调节的标准混合阀笨重得多。这种体积增大是由于通常用于恒温旋塞的流道所致，即供水入口由径向外缘位置移向了位于中心的恒温阀。
当恒温阀被装入混合阀内时，体积或流量控制阀可安装在恒温阀元件的下游或上游。当在恒温元件的下游的混合水流内调节水流时，需要安装单向阀以防止热水源和冷水源之间可能的贯通。当在水流混合前在恒温元件的上游进行热水和冷水源的体积控制时，就不再需要单向阀。由于这种经济的原因，大多数恒温混合阀具有恒温元件上游的体积控制。
然而，当对热水和冷水源的流量调节时，由于水流速度的变化，恒温装置不能保持恒定温度。人们知道，当热水源和冷水源的压力大致相等或热水源的压力仅稍低于冷水源时，热水和冷水源之间的流速差别或变化加大，当总流量降低时有时温度升高很大。另一方面，如果热水源的压力比冷水源的压力低得多，象通常热水管道腐蚀加剧引起的情况那样，当总流速降低时热水和冷水源之间的流速差或流速变化减少。
已知一对盘片阀中的异型孔用于限定热水和冷水源之间水流的剖面。然而，这些盘片阀安装成可相互转动和横向移动以便机械控制热水和冷水混合水的总流速和温度。
实际需要的是一种紧凑的恒温阀，它应易于装配和控制混合水输出的温度，也需要一种阀内的恒温控制器件，它带有流量控制以保证在所有流速下正确的恒温控制。
按照本发明的一个实例，恒温混合阀包括开有两个供水开口的基座，用以与热水和冷水源连接。手柄壳体转动安装在基座上，与有通过热水和冷水的第一和第二入口通道与第一阀表面可操作地连接。所述的两个入口通道可操作地与两个供水开口邻接，以控制进入混合阀水的总流速。
在手柄内圆形阀表面第一轴端附近的第一座和圆形阀表面第二相反轴端附近的第二座之间轴向移动的第二圆形阀表面，用以控制来自上述第一和第二入口的水的相对比例。第一入口通道向上通过圆形阀表面径向范围内的第一座表面和具有下游端与上述圆形阀表面的第一座和第一轴端连通，以提供第一座与圆形阀表面之间的第一流径，由圆形阀径向内部至圆形阀表面径向外部流至混合室。
第二入口通道轴向通过第一位座的表面旁边和通过圆形阀表面径向范围内的圆形阀表面内部和具有下游端与圆形阀表面的第二座和第二轴端以提供上述第二座与上述圆形阀表面之间的第二流径，由圆形阀表面径向内部至径向外部至混合室。第一入口通道在圆形阀表面内部相对于第二入口通道由供水开口至混合室是被密封的。
轴向活动安装在混合室内的恒温元件，与圆形阀表面可操作地连接，它使圆形阀表面可在第一和第二座之间移动，响应混合室内水的温度控制由第一和第二入口通道进入混合室水的相对流量。混合室与出口流通。
最好恒温混合阀包括内壳体部分，它具有上圆凸缘，形成了第二入口通道圆形下游端上面的第二座。该内壳体部分具有圆形下凸缘，形成了第一入口通道圆形下游端下面的第一座。内壳体部分具有中部凸缘，形成了在圆形阀表面径向边界内用圆形阀表面对相应入口通道彼此密封的密封圈。
在一个实施例中，内壳体部分具有通过其的中心出口通道，与混合室水流通。恒温元件轴向向下伸入内壳体的出口通道，通过套环元件与上述圆形阀表面连接，套环元件带有通孔，以保证来自上述第一入口通道的水流通过混合室进入与出口工作连接的出口通道。
根据本发明的另一方面，恒温混合阀具有冷水入口和热水入口与具有两个供水开口的基座流通。手柄壳体可转动地安装在基座上和与有两个入口通道的第一阀表面可操作地连接，所述的两个入口通道可操作地与两个供水开口相邻接，用于控制进入壳体的总流速。与第二阀表面工作连接的恒温元件以便在第一座与第二座之间移动第二阀表面用于响应混合室内水温控制来自第一和第二入口通道的相对水流。
这两个开口和第一阀表面设置在两个同心安装的盘片上，两个盘片可以相互转动和提供通过其本身的开口作为通过两个盘片的水流的控制通道。开口中至少一个开口成形为可改变通过第一和第二入口通道水流的比例，使该改变抵销了通过第一和第二入口通道流速比的变化趋向，其结果仅改变了第一和第二入口通道的流速。
在一个实施例中，当活动盘片由全水流位置向全关闭位置移动时，相应的冷水通道的扼流量比热水通道的扼流量少。在一个代替的实施例中，当活动盘片由全水流位置向全关闭位置移动时，相应的热水通道的扼流量比冷水通道的扼流量少。
在另一实施例中，相应的热水通道对水流的阻力随着盘片的往复位移角由最大水流位置移向全关闭位置而增大，而相应的冷水通道中的阻力保持基本不变。换句话说，相应的冷水通道对水流的阻力随着盘片的往复位移角由最大水流位置移向全关闭位置而增大时，而相应的热水通道的阻力保持基本不变。
通过这种形式可以获得一种紧凑的恒温托架，该托架可以装入带有可控制流量或流速盘片的混合阀水流调节器内，盘片具有异型孔以保证热水与冷水源之间水流比例的调节，而与通过该盘片的总流速无关。
下面参照附图进行详细说明，附图中
图1是按照本发明一个实施例的恒温混合阀的侧剖面图；图2是图1所示用于流速调节的固定盘片的顶视图；图3是图1所示活动盘片的顶视图4是两个盘片工作时和完全开启位置时的顶视图；图5是图4所示两个类似盘片处于部分关闭位置时的平面图；图6是固定盘片的第二实施例说明图；图7是固定盘片的第三实施例说明图；图8是沿图7所示的8-8线的剖面图，示出活动盘片处于全开启位置；图9是类似于图8的剖面图，示出通过图8所示固定盘片窗口的改进剖面，其活动盘片处于部分关闭位置。
从图1和2可见，恒温阀10包括手柄壳体12，它可转动地安装在管子夹具或其它适宜的管子夹具14上，管子夹具14包括冷水源16和热水源18。手柄壳体12可转动地安装在旋塞基座17上，而旋塞基座17固定于管子夹具14内。混合阀包括由两个陶瓷盘片22和24组成的流速控制阀。固定陶瓷盘片22安装在旋塞基座17内。活动陶瓷盘片24安装在托架组件25的底部。托架组件25具有恒温控制的第二阀26安装在手柄壳体12内流速控制阀20的下游，以控制流向出口通道28混合水的温度。恒温阀的详细介绍见PCT公开WO 95/30940和95/30939，并列于此处供参考。
固定陶瓷盘片22具有相应的冷水和热水供应开口30和32及位于中心的混合水输出开口34。陶瓷盘片24借助托架组件25的内壳体元件36固定在转动手柄壳体12上与其一起转动。活动陶瓷盘片24具有冷水入口38和热水入口40以及位于中心的出水孔42，它与固定陶瓷盘片22的出水开口34对准。手柄壳体12的转动带动陶瓷盘片24相对于陶瓷盘片22转动，选择性地使入口38和40与入口30和32对准或错开，以控制热水和冷水的总流速。供水开口30和32的详细情况以及通过两个陶瓷盘片22和24的入口40和42介绍如下。
内壳体元件36具有与热水入口40对准的热水入口通道44及与冷水入口42对准的冷水入口通道46。中心混合水出口43与出口42，43和28对准。通道44具有圆形的下游端48与内壳体元件36内的圆形阀座50及恒温控制阀26的圆形的轴向下端52相邻。通道46具有圆形的下游端54与圆形阀26的圆形阀座56和轴向上端相邻。阀座56固定在内壳体元件36上。通道46在径向边缘范围内通过圆形阀26。内壳体元件36具有中间密封座60，其上放置有密封圈62用来在圆形阀26的轴向范围内封隔通道44和46。
圆形阀26借助螺纹接合固定于套环64上。弹簧66侧压阀26与阀座56接合和关闭通道46。套环64在内壳体部分上方延伸并固定于恒温元件70的壳体部分68。恒温元件具有膨胀活塞脚72，它与安装在调节手柄76内的安全弹簧释放座74连接。调节手柄76用螺纹连接在手柄壳体12上，并带有适宜的密封圈75，使恒温组件70在托架组件25内机械升降。壳体部分68可以延伸进入内壳体36的中心出口通道42内。
托架组件25保持着它的结构整体性，因为环形阀26插入内壳体阀座50与上阀座56之间。恒温元件70固定于套环64上，而套环64又固定于环形阀26上。弹簧元件66也插入内壳体36与阀26之间。
来自冷水源16的水流向上通过控制阀20和轴向上升通过内壳体件使冷水径向向外通过阀座50与圆形阀26之间的可调尺寸的间隙78和进入混合室80。来自热水源18的水流通过控制阀20和轴向上升通过内壳体件使热水径向向外通过阀座56与环形阀26之间的可调尺寸的间隙79和进入混合室80。
之后水被混合和径向向内返回至中心出口通道42和由托架25和混合阀10流出。恒温调节器自动轴向推动阀26去调节两个间隙78和79的尺寸。恒温元件70的专门内部结构在技术上已熟知和可以商业供应。
当控制阀20处于关闭位置时可以防止热水和冷水源16和18之间任何的水流通。因此该旋塞不需要设置单向阀。
现在按图3-10更详细地说明陶瓷盘片22和24，以及固定盘片22上的开口30和32及活动盘片上的入口38和40的形状和工作情况。为了说明简便起见，所示两个盘片具有不同的直径，但是可以理解，上述盘片的直径不是本发明的限定值，它们可以具有相同的直径。
如前所述，流量的减少在大多数情况下会引起混合水温度的升高，该升温必须校正。图2示出两个开口30和32。开口30具有固定宽度的普通弧形，而开口32具有本发明一个实施例的特殊形状。分段90具有固定和减少的宽度并扩展为增加宽度的分段92。如图3所示，活动盘片24具有两个入口38和40，其形状为普通的固定宽度弧形。
图4示出在全流量情况下两个相互重迭的盘片，其开口30和32与入口38和40完全对准。当活动盘片转至图5所示位置时，如同通常在流量控制阀所见，通过入口30和入口38的自由横截面的变化与位移角成正比。另一方面，通过开口32和入口40的热水通道被较大比例地扼流，因为在位移开始时，分段92的较宽部分被活动盘24覆盖住，直至如图5所示仅有较窄部分相对于入口40未被覆盖。结果在调节行动开始时由于热水扼流量比冷水扼流量大而使热水流量减少或被扼流。扼流的这种差别抵消了混合水温度上升的趋向，这是由于混合水流速减少的缘故。分段90和92的宽度和长度可以选择来以最佳形式补偿混合水温度上升的趋向和使恒温装置能校正任何的残余变化。
如果考虑到开口30和入口38用于热水流的通过和开口32和入口40用于冷水流的通过，则活动盘片的反向转动可以提供同样的作用和补偿。在此种情况下当活动盘片反向转动时通过开口30和入口38的自由横截面(现在供应热水的)如同通常流量控制阀中所见，其变化与转动角成正比。另一方面，通过开口32和入口40的通道(现在供应冷水的)被较小比例扼流，因为在位移开始时较窄的分段90被活动盘片24覆盖，仅有较宽的分段92相对于入口40保持未被覆盖。结果在调节作用开始时，由于热水的扼流量大于冷水的扼流量而使热水流供应量减少或扼流，从而达到前述的相同效果。
再者，还应注意到，虽然已示出固定盘片22上的导型开口32，利用活动盘片24上代替的异型开口40也能达到同样的效果。
还应该理解，将开口30或入口38的形状制成相反的形状，使热水源的扼流量比冷水源大，即当阀由全开位置转向关闭位置时冷水源的扼流量比热水源小，就可以实现同样的效果。
上面的讨论仅局限于一个开口，可以预见同样盘片可以设置两个异型开口，或者一个异型开口属于一个盘片，而另一个异型开口属于另一个盘片。而且两个盘片上的开口可以制成配合的异型，以达到要求的改变热水流和冷水流比例的结果。
图6示出了类似于图3的盘片的一个实施例。其开口132具有逐渐变化的宽度。在这种情况下总的效果与前例相同，但沿两个盘片适当的位移弧形的坡度更规则。
上面讨论的实例公开了热水和冷水流非比例变化所用的盘片，采用至少改变一个开口的宽度来改变供水与通过阀内通道之间自由横截面的覆盖率。实现非比例变化的另一途径是改变一个通道相对于另一个通道的阻力。
由图7的8可见，盘片222的平面233上的开口232的宽度是未知的，而图8所示开口232却为阶梯形使相反平面236上存在一块减小的或扼流开口区235，它控空连接平面233上的区域237。当通道的自由横截面由直接覆盖扼流分段237向仅覆盖区域237的末端239移动时，对水流的阻力保持逐渐升高。这个结果与改变开口在其不同区域的宽度所获得的结果基本相同。该开口还可以按图9所示进一步改进，这里开口232具有扼流区235，它开放进入区域237。区域237的底板341由区域235向末端339倾斜，以达到在特殊情况下更理想的变化速度。
图6-9所示各种形状可以结合开口横截面的变化作为开口宽度变化的代替方案更多使用，换句话说，各种形式可以相互结合使用，来实现相对流速的改变。
采用这种形式，混合旋塞用的恒温阀能够校正出口水的温度，以适应更多种类的管道条件和供水。本发明增加了恒温控制阀的可行性，这里如果没有本发明的构思它仅有的作用不足以将出口水保持在预定或希望的温度。
在不脱离所附权利要求规定的本发明范围和精神的条件下，其它一些变化和改进是可能的。
权利要求
1.一种恒温混合阀，其特征在于具有设有两个供水开口的基座；安装在上述基座上的可转动的手柄壳体，它与有两个入口通道的第一阀表面可操作地连接，所述的两个入口通道可操作地与上述两供水开口相邻接，以控制进入上述壳体的流量；可在上述手柄内在圆形阀表面第一轴端附近的第一座和在圆形阀表面第二相反端附近的第二座之间轴向移动的第二圆形阀表面用以控制来自上述第一和第二入口水流的相对比例；上述第一入口通道向上通过上述圆形阀表面径向范围内的第一座表面和具有下游端与上述圆形阀表面的上述第一座和上述第一轴端连通，以提供在上述第一座与上述圆形阀表面之间的第一流径，由上述圆形阀表面径向内部至上述圆形阀表面径向外部至混合室；上述第二入口通道向上通过上述第一座表面的旁边和通过上述阀表面径向范围内的上述圆形阀表面的内部和具有下游端与上述圆形阀的上述第二座和上述第二轴端连通，以提供上述第二座与上述阀表面之间的第二流径，由上述圆形阀表面径向内部至径向外部至混合室；上述第一入口通道在上述圆形阀表面内部相对于上述第二入口通道由上述供水开口至混合室是被密封的；轴向活动安装在混合室内的恒温元件与圆形阀表面可操作连接，它使圆形活动表面可在第一和第二座之间作轴向移动，响应混合室内水的温度控制由第一和第二入口通道进入混合室的相对水流；上述混合室与从其本身引出的出口连通；上述开口和上述第一阀表面设置在两个同心安装的盘片上，它们可以相互转动和设有开口形成通过两个盘片的受控制的水通道；至少一个开口的制成形状可改变通过第一和第二入口通道水流的比例，这样来抵销通过第一和第二入口通道的两股水流速度比的变化趋向，结果仅改变了通过第一和第二入口通道的总流速。
2.根据权利要求1所述的恒温混合阀，其特征还在于活动盘片由全流量位置向关闭位置移动时相应的冷水通道的开口扼流比热水通道的开口扼流快一些。
3.根据权利要求1所述的恒温混合阀，其特征还在于活动盘片由全流量位置向关闭位置移动时相应的热水通道的开口扼流比冷水通道的开口扼流快一些。
4.根据权利要求1所述的恒温混合阀，其特征还在于当热水通道对水流的阻力随着盘片的往复位移角由最大流量位置向关闭位置移动而增大时，相应冷水通道中的阻力基本保持不变。
5.根据权利要求1所述的恒温混合阀，其特征还在于当冷水通道对水流的阻力随着盘片的往复位移角由最大流量位置向关闭位置移动而增大时，相应的热水通道中的阻力基本保持不变。
6.一种具有冷水入口和热水入口的恒温混合阀，其特征在于具有设有两个供水开口的基座；安装在上述基座上的转动手柄壳体，它与有热水和冷水入口通道的第一阀表面可操作地连接，所述的两个入口通道可操作地与上述两个供水开口相邻接，以控制进入上述壳体的流量；与活动的第二阀表面工作连接的恒温元件，第二阀表面在第一和第二座之间移动，用以响应混合室内水流的温度控制来自冷水和热水入口通道的相对水流；上述开口和上述第一阀表面设置在两个同心安装的盘片内，盘片可以相互转动和提供通过其本身的开口用于控制通过两个盘片的水流；至少开口中的一个的成形为可以改变通过热水和冷水入口通道水流的比例，这样来抵销通过冷水和热水入口通道水流速度比例变化的趋向，结果仅改变了通过第一和第二入口通道的总流速。
7.根据权利要求6所述的恒温混合阀，其特征还在于活动盘片由全流量位置向关闭位置移动时，相应的冷水入口通道的开口的扼流比热水通道的开口的扼流快一些。
8.根据权利要求6所述的恒温混合阀，其特征还在于活动盘片由全流量位置向关闭位置移动时，相应的热水入口通道的开口的扼流比冷水通道的开口的扼流快一些。
9.根据权利要求6所述的恒温混合阀，其特征还在于当相应的热水入口通道对水流的阻力随着盘片的往复位移角由最大流量位置向关闭位置移动而增大，而相应的冷水入口通道中的阻力基本保持不变。
10.根据权利要求6所述的恒温混合阀，其特征还在于当相应的冷水入口通道对水流的阻力随着盘片的往复位移角由最大流量位置向关闭位置移动而增大，而相应的热水入口通道中的阻力基本保持不变。
全文摘要
恒温阀(10)用的流量控制盘片(22和24)具有由关闭至全开位置调节水流用的开口,陶瓷盘片(24)具有异形入口(32),异形入口具有宽段(92)和窄段(90)以提供相对于另一开口(30)的水流变化的调节。在不同的手动流量调节时异形开口对恒温元件(70)提供了增加的混合调节能力。
文档编号G05D23/01GK1189225SQ96195079
公开日1998年7月29日 申请日期1996年6月24日 优先权日1995年6月27日
发明者阿尔方斯·克纳普 申请人:马斯科公司