一种冷热水精确调温节水阀的设计

摘 要：设计针对现在家里、旅馆里、公共浴室里现有冷热水混合调节阀不能精确调温、需要反复调节的缺点，设计出一种更加精确、节约、一次性调节到位的混合调温阀门。利用设计的机械结构和内部温度传感包能自动感应完成水温调节。

关键词：冷热水 调温 节水 阀门

中图分类号：TM924 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2012）11（a）-0049-01

随着社会的发展，各种各样的热水器得到了广泛的使用。在家里、旅馆里、公共浴室里，当忙碌了一天的人们打开淋浴准备洗澡时，却发现热水器里喷出的热水不是太烫就是温度太低，需要反复操作几次才能找到合适温度的热水。这种反复操作的调温方法，一方面调节花费的时间较长；另一方面在强调绿色、节能、环保的今天，浪费了大量的水资源。

论文主要针对上述问题，结合现在家里、旅馆里、公共浴室里现有冷热水混合调节阀不能精确调温、需要反复调节的缺点，设计了一种更加精确、节约、可以一次性调节到位的混合调温阀门。

1 设计背景

课题在进行设计之前，对个人家庭现有的阀门做了调查，发现个人家用的几乎所有水阀，有单通阀，双通阀、还有用于淋浴的三通冷热水混合阀门，但没有发现具有精确调温的自动控制阀门。

不管其外部形状如何，其内部结构及其实现原理大致一样，可以为球阀、或者蝶阀、陶瓷芯片阀芯，在阀门的中心开有圆孔或锥孔，通过旋转阀门上部的阀杆，调节左、右冷热水的百分比流量，可以达到温度的调节。当人们在使用的时候，往往根据经验旋转到一定位置进行调节。由于个人使用习惯或冷热水管水压发生变化时，不得不不断地进行重复操作。这样浪费了不少宝贵的水资源和家庭的电或气。

针对上述情况，设计一种简单易用价格便宜的冷热水精确调温节水阀是非常有意义的。

2 研究方法

2.1 分析现有阀门结构和工作原理

设计时，通过对几种现有普通阀门的对比，发现家用最多的陶瓷芯片的阀门不具有设计创新的基础。同时通过对比详细了解了普通球阀结构，见图1，发现要想获得精确的温度调控，是不是可以将原水阀的内外结构都进行改造：根据控制阀的流量特性=控制阀开度（阀栓的行程）与流量之间的关系[1]，设想只要合理设计球阀冷热水圆锥孔的结构，当旋转阀柄使冷热水流量相对阀柄角度行程呈直线变化的特性，在阀柄外部同时加以对应的温度刻度就可以实现温度的调节。但在具体研究的同时，发现当外部冷热水温度在进入调节阀时不能保持与测试或标定一致时，发现温度就会有较大的偏差。当然这种设计思路具有一定的创新，但因不满足具体要求而放弃。

2.2 结构重构

当传统结构改造不足以实现设计目标时，只能进行新的结构设计和控温原理设计了。通过上边的分析，发现设计时通过手柄旋转在一定条件下可以达到某一指定温度的控制，只不过难以解决的是冷热水流入控制阀不是指定温度时，外部温度刻度就会发生变化。这时要想得到恒定的混合温度，唯一解决得方案是设置一温度感应原件或温度感应包推动内部机械零件调节冷热水阀的流入量就可以实现，于是出现了本结构中的温度感应包和活塞。详细结构[2]见图2和图3。

结构图2中，主要控制部分为内部控制芯，1为带空腔阀芯主体、2为冷水流入截面空隙、3为热水流入截面空隙、4为可以运动的活塞杆、5为活塞保护弹簧、6为过载保护弹簧、7为温度感应包、8为螺纹配合。

其原理是利用恒温混水阀本体中内置的感温包，自动将混合水控制在阀设定的温度上。当混合水温升高时，感温元件因热膨胀带动连在一体的活塞向下运动，使热水进水截面变小，水流变少；当室温下降时，感温元件因冷却收缩，活塞上升使冷水进水流量开始下降。因此，出水的混合水始终会恒定在阀设定的温度值。

当恒温阀把手左右旋转时，固定在手柄上的内螺纹和空腔阀芯主体外部外螺纹形成相对螺旋运动，因为手柄位置固定，所以整个运动转化为空腔阀体的上下直线运动。对每一个选定温度范围的阀，通过调节把手和螺纹的行程可改变温度控制范围，如温度为20 ℃～40 ℃的温控阀，可改变螺纹行程实现30 ℃～50 ℃或40 ℃～60 ℃等温度范围的控制[3]。在实际使用中为了避免水压波动产生误差，可以在使用中将温控水阀的进口再接1个水限压阀，保持阀进口水压近似为一个常量值便可得到满意的效果。

3 结论

通过上述论证，参照同类其他阀门结构进行了改进创新，设计了一种更加精确、节约、可以一次性调节到位的混合调温阀门。其主要实现三大功能：（1）可以一定范围内温度值的设定，用户可以根据需要自行调节冷热水混水温度；（2）具有平衡供水端冷热水的压力或温度波动值保持输出水温度恒定的功能；（3）节水功能。

参考文献

[1]李建红.基于价值工程的恒温混水阀研发及国产化[D].山东：华南理工大学 2010.

[2]专利：200920263790.7.

[3]沈延康.温度自动调节水阀及其应用[J].液压与启动，1999（4）：39-40.