專利名稱：高低溫流股混合自動恒溫閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明是關于高低溫流股混合自動控溫的裝置，由于通過將高低溫兩流股混合以獲得所需溫度流股的技術，已應用在許多領域，所以它不是某一專業(yè)技術，而是一個共性的問題。它是利用雙金屬片受熱彎曲呈線性規(guī)律變化的性質(zhì)來驅(qū)動關聯(lián)閥門2，調(diào)節(jié)經(jīng)等壓器控制的高低溫雙流股的流量比，從而達到恒定溫度的目的。等壓器是利用二流股輸入壓力的變化產(chǎn)生的壓差，作為負反饋信號來驅(qū)動關聯(lián)節(jié)流閥動作來消除這一壓差，從而實現(xiàn)兩輸出壓力相等的目的的。等壓器為雙金屬片組調(diào)溫系統(tǒng)提供相等的壓力環(huán)境，使該系統(tǒng)的對線性流量比調(diào)節(jié)得到保障。
現(xiàn)在淋浴、浴洗、槽浴、或池浴的溫度調(diào)節(jié)是通過擰動兩個冷熱水開關或蒸氣與冷水開關來進行的，既煩瑣又難以調(diào)節(jié)到適宜的溫度，因為來自鍋爐的蒸氣或熱水的溫度與壓力在不斷改變，同時冷水的壓力也隨時改變。在化學與其它領域的實踐與生產(chǎn)中也往往存在熱水浴、溫水浴、油浴、蒸氣浴等需要恒定溫度的問題，人們也常常通過手動的辦法來調(diào)節(jié)，費時費料而且效果不佳。在生產(chǎn)領域中也存在同類問題。為解決此類問題，人們又傾向于運用諸如電子信息反饋，微積分調(diào)節(jié)等自動方式，這又導致結(jié)構(gòu)復雜與設備龐大，因而不經(jīng)濟。本發(fā)明旨在解決普遍存在的這一技術問題，使這類由高低溫兩流股相混合的自動恒溫裝置簡易化、實用化、宜于普及。
本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的。把由兩種溫度膨脹系數(shù)相差很大的金屬片結(jié)合起來的雙金屬片成雙結(jié)合串聯(lián)成組。它們在溫度升高時主動層向被動層彎曲變形從而導致每組中相對的兩個雙金屬片以簡支梁的形式向外產(chǎn)生位移。位移與溫度差在雙金屬片其它幾何特征如厚度S，長度L與材質(zhì)(如彈性橫量E)等一定的情況下成正比例關系，f＝K(T-To)＝K△T(K為系數(shù)?；诖?，我們使用了關聯(lián)閥(它在增加一股流量時卻減少了另一沒流量)，把雙金屬片組產(chǎn)生的位移變換成關聯(lián)閥的二股流量之比的變化。由于關聯(lián)閥桿在一定位移下兩個閥孔增加和減少的面積相等，這就要求兩流股的壓力相等，從而達到混合流股恒溫的目的。為此，我們又使用等壓器來控制雙流股的壓力。等壓器是將輸出及輸入壓力任意變化的兩流股進行調(diào)節(jié)使它們輸出壓力總相等的裝置、它是利用兩個平衡式閥門芯結(jié)構(gòu)來協(xié)同作用的。如圖1所示，當兩流股輸出壓力相等時，膜片左右兩側(cè)受力平衡，膜片與關聯(lián)節(jié)流閥靜止。反之，當兩側(cè)存在壓力差時，作用在膜片上的壓力差使關聯(lián)節(jié)流閥動作。該壓力差會將閥桿推向輸出壓力小的一方，從而使該方的節(jié)流閥孔增大其輸出壓力也增大，而使另一方節(jié)流閥孔變小，結(jié)果使壓力差減少。這種負反饋作用一直進行下去，直到壓力差A△P≤f1+f2(A為膜片有效作用面積，△P為壓力差，F(xiàn)1+F2為閥芯作用的摩擦阻力)?？傊?，這兩種負反應過程的作用都使壓力差△P減少，直到為零。由此可見，等壓器是通過兩個途徑來消除或減少△P的一.對首先變化壓力的一方通過負反饋使其自身增益的趨勢減少，這種作用實際上是試圖絆住其變化的“腳”;二.使另一流股“追趕”這個壓力變化，這樣的動作將一直進行下去，直至達到其誤差范圍內(nèi)。對等壓器的性能分析，為提高靈敏度可采取以下措施1.增大膜片有效作用面積;2.減少閥芯及閥桿質(zhì)量并讓等壓器采用臥式;3.減少動作系統(tǒng)的摩擦系數(shù)，使閥芯、閥桿光潔度高。
圖1.高低溫流股恒溫閥裝配圖.
圖2.雙金屬片正視圖和右視圖.
圖3.閥座正視圖，右視圖和俯視圖.
圖4.復位板正視圖和右視圖.
圖5.關聯(lián)閥桿2的正視圖和右視圖與俯視圖和右視圖.
圖6.(a)閥芯2的正視圖和右視圖.(b)閥芯1的正視圖和俯視圖.(中圖)關聯(lián)閥桿1的正視圖和俯視圖.
圖7和圖8.墊片的正視圖和俯視圖.
圖9.節(jié)流閥1的正視圖的俯視圖.
圖10.調(diào)溫套柄的俯視圖正視圖.
圖11.分室板的俯視圖和正視圖.
圖12.調(diào)位螺套的正視圖和俯視圖.
圖13.閥體的正視圖和俯視圖.
圖14.調(diào)位旋鈕的俯視圖和正視圖.
圖15.等壓器左閥體的正視圖和俯視圖.
圖16.等壓器右閥體的正視圖的俯視圖.
圖17.等壓器采用活塞式結(jié)構(gòu)時的活塞的正視圖的俯視圖.
圖18.采用活塞式結(jié)構(gòu)時的等壓器左閥體的正視圖.
圖19.采用活塞式結(jié)構(gòu)時的等壓器右閥體的正視圖.
圖1中的各種部件名稱1.低溫流股輸出管;2.閥芯1;3.調(diào)位旋鈕;5，23封漏環(huán);6.關聯(lián)閥桿1;7.緊固螺栓;8.節(jié)流閥1;9.等壓器右閥體;10.反饋孔1;11.膜片;12.傳壓螺絲;13.反饋孔;15.節(jié)流閥2;16.閥芯2;17.復位彈簧;18.高溫流股輸出管;19.等壓器左閥體;20.鎖定螺釘;21.調(diào)溫套柄;22.分室板;24.等壓孔;25.墊片;26.雙金屬片組;27.閥體;28.復位板;29.復位彈簧;30.關聯(lián)閥桿2;31.閥座;32、33.梢;34.調(diào)溫螺套;35.封梢環(huán)。
圖2.為提高雙金屬片對溫度的靈敏度，其應有下列特點1.直徑盡量接近閥體直徑，讓流體不短路;
2.采用輪形多輻條式，流體從輻條間隙通過;
3.主動層的內(nèi)邊和被動層的外邊緣皆半邊折起，折起所沿直徑位置有兩種一種與輻條中心線重合，另一種與扇形通道中心線重合。同一雙金屬片的兩層折起應本著同一軸，同一側(cè)。兩種折起的雙金屬片安裝后應使用沿不同軸折起的雙金屬片相臨，通道與通道錯開，使流體在任何溫度下皆可充分繞行與輻條接觸，且使該錯開秩序在運輸與使用中因折起的相互嚙合而穩(wěn)定不亂。(圖中a′b′軸與c′d′軸分別為兩種指定的輻條，最好為偶數(shù)條)。
4.依簡支梁型雙金屬熱移位f＝K△T.L2/4S(其中K為比彎曲℃0.1)f撓度(mm)?！鱐溫差，L為跨度，S厚度可知要提高靈敏度，應增加雙金屬片直徑或減少其厚度。(此處，對輪形雙屬片而言L2＝D2-D12，即為外內(nèi)徑平方和之差。)為提高雙金屬片對關聯(lián)閥的驅(qū)動效果，應減少復位彈簧的剛度及提高關聯(lián)閥桿2與閥座接觸表面的光潔度。依雙金屬片熱推力公式P＝K(T-T0)EBS/L，應保證P≥F+f。即熱推力不小于任一瞬間摩擦力與彈簧力之和。
雙金屬片的造型由沖床沖壓面成。其材質(zhì)的選擇應依工作介質(zhì)的物化特性對它的要求，如防銹、防蝕等。
圖3、圖5及圖13分別為閥座、關聯(lián)閥桿2及閥體結(jié)構(gòu)圖。它們的裝配情況見圖1，它們與雙金屬片組(圖2)及復位彈簧(圖1-29)組成了對高溫流股的溫度變化的負反饋系統(tǒng)。等高溫流股溫度升高時，雙金屬片組膨脹并克服彈簧力而使關聯(lián)閥桿2左移使高溫流股流量變小，低溫流股流量變大，從而達到混合后溫度的恒定。為使調(diào)節(jié)動作有好的閥孔面積線性變化的保障，它們應滿足閥孔的尺寸與間距在閥座、閥體關聯(lián)閥桿2上的位置說明見說明書第5頁，這樣可在高溫流股溫度低于恒溫流股的預定溫度時可將關聯(lián)閥桿2的低溫流股閥孔封閉。用梢(32，33)固定閥體，閥座與關聯(lián)閥桿2三者間的相對位置在關聯(lián)閥桿2處的梢(33)被封梢環(huán)(35)封入梢槽內(nèi)，見圖1。同時，在安裝雙金屬片組時，用墊片(圖7)將它們墊平，見圖1之25，以使它們施力受力均勻。復位板(圖4)與復位彈簧的安裝情況見圖1之28、29。關聯(lián)閥桿2底端有一小孔與其上閥孔相通以使關聯(lián)閥桿2動作不因閥桿底部被封的小桶內(nèi)壓力彎化而影響動作靈敏度。
為提高恒溫精度，應在實驗基礎上根據(jù)規(guī)格來確定各閥孔大小與它們之間距等尺寸。兩閥孔的形狀特征方程分別是(見“說明書”第5頁)目標溫度的確定由調(diào)溫套柄(21)圖10，等壓器左閥體(19)圖15，閥體及鎖定螺釘(20)來完成。旋轉(zhuǎn)調(diào)溫套柄，使等壓器部分與閥體部分相對移動，在復位彈簧作用下關聯(lián)閥桿2左右移動來改變兩閥孔的開度比，使高低溫流股流量比發(fā)生變化就可令混合溫度達到目標溫度。為此，在調(diào)溫套柄(21)內(nèi)壁與閥體外部以螺紋連接，在調(diào)溫套柄與等壓器左閥體(19)之間，用在等壓器左閥體的環(huán)形軌道內(nèi)可以自由滑動的鎖定螺釘聯(lián)接并通過調(diào)溫套柄相對于閥體的轉(zhuǎn)動來調(diào)節(jié)等壓器左閥體相對于閥體的相對位置來調(diào)節(jié)關聯(lián)閥桿2的移動去改變恒溫流股溫度直至目標溫度。鎖定螺釘兼有固定它們的相對位置而起的固定恒定溫度的功能。安裝在調(diào)溫套柄上的耐高溫的絕緣體套把是防燙手的。而等壓器左閥體與閥體滑動處封漏環(huán)(23)是為了該系統(tǒng)的密封性。
等壓器由膜片(11)一分為二，而由兩個緊固螺栓連為一體。等壓器右閥體、調(diào)位旋鈕(3)，閥芯1，2(2，16)節(jié)流閥1(8)反饋孔(10)關聯(lián)閥桿1(6)構(gòu)成了右半部分。左右兩半的工作原理相同，結(jié)構(gòu)對稱，以膜片為界。在膜片中央開孔讓關聯(lián)閥桿1通過，并用螺母片將膜片與關聯(lián)閥桿1固定在一起，并使兩側(cè)不通。兩側(cè)壓力差使膜片驅(qū)動關聯(lián)閥桿1推動兩閥芯。壓力大的一方將關聯(lián)閥桿1推向壓力小的一方使該方節(jié)流流閥孔開大使其輸出壓力增大，而由于關聯(lián)作用使壓力大的一方節(jié)流閥孔變小命使其輸出壓力減小。依此，負反饋作用最終使壓力差消除方使膜片平衡。由于是直接調(diào)節(jié)，這一連串過程在瞬間完成。由于反饋孔的作用使原先壓力變化了的輸出壓力的改變受到緩沖或阻尼。如果某一方壓力持續(xù)減少直至為零，則對方壓力推動膜片及關聯(lián)閥桿1自動關閉對方自己的流量，或變致使其輸出壓力為0。相反，如果已減至零的壓力后又有所增益，則對方關閉了的閥門會逐漸打開以保持等壓力輸出。故此，該系統(tǒng)具有自停自開的功能。閥芯1，2的平衡式結(jié)構(gòu)可由圖1，圖6(a，b)看出，閥芯的上下有效受力面積相等且壓力皆為輸出壓力是因為閥芯1由關聯(lián)閥桿1內(nèi)的細孔傳壓，而閥芯2是由等壓孔(24)來傳壓的。在調(diào)位旋鈕、低溫流股輸出管(1)、及等壓器左閥體與閥體連接處有多處封漏環(huán)起防漏作用，它們由橡膠等密封性良好的材料制成。選取配件時應著眼于提高壓力調(diào)節(jié)靈敏度，因此應使膜片直徑大，閥芯、關聯(lián)閥桿1接觸處應有足夠的光潔度。另外，分室板(22)作用不可忽視，它使膜片真正地感受到靜壓力的作用。為使該裝置用于更廣泛的場合，如壓力、溫度、范圍等，膜片亦可用活塞結(jié)構(gòu)代替。(說明見第6頁)以上各部件除雙金屬片針對工作介質(zhì)特殊選材外，其它大部分應以不銹鋼等為材料。調(diào)溫套柄應通過鑄塑或粘合等方法將鋼部件與塑料或橡膠等熱絕緣材料結(jié)合，其它皆由車銑床等設置加工。
本發(fā)明具有調(diào)溫的流量特性的恒定性，即在它負載流量變化時能保持輸出溫度的恒定。因負載流量的變化只會在等壓器的作用下高低溫流股流股量的等比例變化對輸出溫度無關。
由上述結(jié)構(gòu)可知，本發(fā)明對溫度的調(diào)節(jié)無滯后，反應靈敏，動作平穩(wěn)無噪聲，且有自停自開系統(tǒng)，為安全使用提供了保障。本閥操作簡易，又有廣泛的用途(諸如在公共設施、衛(wèi)生保健、科學實驗、生產(chǎn)實踐中等皆可因滑而造)故適宜于普及。由于代替了人工的調(diào)節(jié)，提高了調(diào)節(jié)質(zhì)量，更重要的是省時省料，因為它節(jié)約了人工對溫度變化的調(diào)節(jié)過程中不合格的溫度輸出與人工反應時間。如果在各個領域得以運用，它為人類節(jié)約的時間與用料總量必將是非?？捎^的。由于高溫流股載有大量熱能，因而它實質(zhì)上是一種節(jié)能裝置。從選材與加工來看，它的造價不會高，因而價廉實用。在公共淋浴室，可以用它的一個具體應用-冷熱水混合自動恒溫閥總管溫水的干線輸出-只需在各淋浴器上安裝一個調(diào)節(jié)流量的閥門。這樣可省去為數(shù)一半的流量調(diào)節(jié)閥門和一半的冷水輸送管道，同樣也可省浴池中的蒸氣和冷水的一半輸送管道。因為它也可制造成蒸水汽水混合自動恒溫閥。依此類推，高低溫流股混合自動恒溫閥，為社會帶來的經(jīng)濟效益必將隨著它不斷拓寬的應用范圍而施惠于各個領域，因為它會帶來更多的生產(chǎn)新工藝和人們更新的生活方式。
補充說明關聯(lián)閥桿2的兩個閥孔形狀特征方程要根據(jù)高低溫兩流股的流體特性而定。當二流沒為同相流體(氣體或液體)時，其方程為第一種令關聯(lián)閥桿2軸向方向為x軸，垂直于X軸為y軸，則高溫流股閥孔方程為x1＝0，y1＝0且x2＝L，y2＝d低溫孔y(f)＝2sd(L-2f)/nk(D2-D12)(T-T1)(f∈
第二種高溫孔(x-a)2/a2+y2/b2＝1低溫孔y(f)＝-4S/nk(D2-D12)(T-t1)·{abarcsin(1-f/2a)0.5+(b-f/a)(bf/2a)0.5+(b2-bf/2a)0.5+ab/2(1-f/2ab)0.5-bf/4a[(b-f/2a)(2a/bf)0.5+1/(b2-bf/2a)0.5]+C}，f∈
，且f＝k.n(t-T)(D2-D12)/2S
上式中各字母意義n，雙金屬片對數(shù);T，t分別為恒溫流股與高溫流股溫度;tL，低溫流股溫度，K;a，b分別為橢圓長、短軸長;L，d分別為矩形長寬;o定積分常數(shù)，由實驗確定。其它字母參見以前。
這兩種之中較第二種為佳。開孔的方法可以是由電火花打孔，也可由精密鑄造法鑄成。
等壓器采用活塞結(jié)構(gòu)取代膜片可使之使用于更寬廣的溫度，壓力與工作介質(zhì)變動范圍，其結(jié)構(gòu)件見圖17(活塞)，圖18，19(等壓器左右閥體)?；钊w裝配在由等壓器左右閥體組成的空腔內(nèi)，并與關聯(lián)閥桿1由螺紋連接。在等壓器左右閥體之間用墊片來密封其中的流體。圖18.19為等壓器左右閥體的主視圖，其俯視圖分別與圖16.15所示的等壓器左右閥體俯視圖相同。墊片可用橡膠，而活塞結(jié)構(gòu)替用不銹材料制成。
權(quán)利要求
1.一種高低溫流股混合自動恒溫閥，它是用等壓器的流體壓差負反饋系統(tǒng)控制高低溫流股使它們在混合前的壓力相等，再用以雙金屬組為核心的溫度負反饋系統(tǒng)對高溫流股的溫度變化用關聯(lián)閥重新分配二流股混合時的流量比，從而使混合后溫度恒定，其特征是1.1等壓器兩流股的壓力變化所產(chǎn)生的壓力差驅(qū)動膜片使其傳動關聯(lián)節(jié)流閥對該壓力差產(chǎn)生負反饋作用的機構(gòu)。1.1.1關聯(lián)節(jié)流閥由關聯(lián)閥桿1和兩個平衡式閥芯結(jié)構(gòu)組成。1.1.2每個閥芯的左右兩面皆受輸出壓力的作用，且受力平衡，閥芯僅受摩擦力F，和關聯(lián)閥桿1的作用力下，其平衡時F=f1+f2，其中f1為左閥芯的摩擦阻力(當閥體采用臥式時重力與支持力相等而不對閥芯的動作產(chǎn)生影響)，F(xiàn)=A(P1-P2)。每個節(jié)流閥芯的底部由導壓孔與輸出流體相通。各輸出流股的流體壓強，即靜電壓力，A△P由壓差引起的膜片對關聯(lián)閥桿1的驅(qū)動力F，由A△P=f1+f2可見關聯(lián)節(jié)流閥的動作與各流股輸入壓力無關。1.1.3膜片每側(cè)用反饋孔來將各流股靜壓力傳給膜片，并在膜片上進行比較，膜片傳動關聯(lián)閥桿1向壓力較小的一側(cè)移動從而開大該側(cè)閥孔使輸出壓力升高，同時關小另一側(cè)閥孔使其壓力降低，最終使兩側(cè)壓力差為零，因此該系統(tǒng)為負反饋系統(tǒng)。1.1.4.閥芯動作結(jié)構(gòu)表面應有足夠高的光潔度，以提高靈敏度，減小調(diào)節(jié)誤差，因為壓力差只有克服總摩擦團才能開始動作，A△P≥∑f，即△P≥∑f/A等壓器呈中心對稱結(jié)構(gòu)。對稱軸膜片每側(cè)皆分為三室輸入流體室，一個輸出動壓室，(關聯(lián)節(jié)流閥結(jié)構(gòu)所在)一個輸出靜壓室，后二者靠反饋孔相通。1.2以雙金屬片組為核心的溫度負反饋系統(tǒng)由雙金屬片組，關聯(lián)閥桿，2，閥體，閥座，復位彈簧及復位板，調(diào)溫套柄組成，其特征是1.2.1雙金屬片組中的每個雙金屬片呈輪形結(jié)構(gòu)，有多個均勻分布最好偶數(shù)個呈中心輻射狀扇形流體通道和雙金屬片輻條，其中心為關聯(lián)閥桿2串孔，沿串孔有一半主動層內(nèi)沿呈半環(huán)形帶折起，折起和未折起的分界線有兩種一種沿輻條中心線，一種沿扇形通道中心線，而在雙金屬片的被動層外沿也一半折起，其分界線與主動層內(nèi)沿折起的分界線重合，仍像主動層一樣，其分界線位置也有兩種。1.2.2雙金屬片組串聯(lián)時應將扇形通道與扇形通道錯開，將折起分界線不同的雙金屬片相臨放置，并在串聯(lián)兩端用有半片折起的墊片將它們墊平。1.2.3雙金屬片的輪形結(jié)構(gòu)是由沖床沖壓軋成。1.2.4關聯(lián)閥桿2的兩上閥孔形狀的特征方程分別是x1=0x2=11.2.4.1高溫孔Y1=0且Y2=d低溫孔Y(f)=[2sd(1-2f)]/[nk(D2-D/2)(T-t1)](f1+f2)
1.2.4.2或高溫孔(x-a)2/a2+y2/b2=1低溫孔y(f)=4s/[-nk(D2-D/2)T-t1](abarcsin)(l-f/2a)1/2+(b-f/2a)(bf/2a)1/2[b2(bf/2a)]1/2+ab/[2(1-f/2ab)1/2]-bf/4a[(b-f/a)(2a/bf)1/2+1/(b2-bf/2a)1/2fc)f
且f nk(t-T)(D2-D/2)/251.2.5復位彈簧與復位板在雙金屬片收縮時將關聯(lián)閥桿2彈回。1.2.6調(diào)溫套柄呈圓管形，其內(nèi)壁與閥體用螺紋連接，與等壓器可在等壓器環(huán)形槽規(guī)中滑動的安裝在調(diào)溫套中的鎖定螺釘來調(diào)節(jié)關聯(lián)閥桿2與閥體，閥座的相對位置來尋代目標溫度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中的等壓器特征是2.1.閥貢為空心結(jié)構(gòu)，其摩迭面應有足夠的江潔度。2.2.膜片的有效作用面積應盡可能大，由耐熱性良好的彈性材料制成，其傳動結(jié)構(gòu)是在膜片中央為關聯(lián)閥桿1開孔，然后用螺母片將它們固定起來。2.3.膜片則用分室板或類似結(jié)構(gòu)各側(cè)流股壓力通過反饋孔轉(zhuǎn)化為靜壓來發(fā)出負反饋信號的。2.6.膜片可用活塞結(jié)構(gòu)代替。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述的溫度負反饋系統(tǒng)特征是3.1關聯(lián)閥桿2與閥座、閥體的接觸表面有足夠的光潔度，復位彈簧有足夠小的剛度。3.2.整個閥體應采用臣臥式。
4.用權(quán)利要求1所述的高低溫流股混合自動恒閥所制造的自動調(diào)溫節(jié)能噴淋器。
5.用權(quán)利要求1所屬的高低溫流股混合自動恒溫閥制造的澡塘、浴槽用蒸汽水混合自動調(diào)溫溫水閥。
6.用權(quán)利要求1所述高低溫流股混合自動恒溫閥-制成的實驗，生產(chǎn)用蒸汽-水或冷熱水混合自恒溫槽。
全文摘要
本發(fā)明是通過高低溫流股混合以獲得所需溫度的自調(diào)節(jié)恒溫裝置。用以解決現(xiàn)在人工調(diào)節(jié)所帶來的調(diào)節(jié)質(zhì)量差、費時費料費能源問題。它是用等壓器的流體壓力負反饋系統(tǒng)控制高低溫流股不斷變化的流體壓力使其在混合前壓力相等，然后，再用輪形多輻條式雙金屬片組傳動關聯(lián)閥動作的溫度負反饋系統(tǒng)使混合后流體溫度恒定的。該裝置比現(xiàn)有雙閥門人工調(diào)節(jié)省時省料節(jié)能，同時也可省近一半的現(xiàn)技術必需的流體輸送管道與閥門。
文檔編號F16K11/10GK1076767SQ91111379
公開日1993年9月29日 申請日期1991年12月12日 優(yōu)先權(quán)日1991年12月12日
發(fā)明者宋克 申請人:宋克