本發(fā)明涉及用于液體溫度調(diào)節(jié)系統(tǒng)的閥門，并更具體地涉及一種意圖在循環(huán)加熱系統(tǒng)中使用的水溫調(diào)節(jié)閥，但本發(fā)明的用途不限于該特定領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

例如國際專利申請no.pct/us02/27056(以wo03/019315公開)等專利說明書的公開內(nèi)容中描述了一種具有閥體的混合閥，該閥體構(gòu)造為將熱流體和冷流體的流動組合，以提供具有受控溫度的混合流體。

在循環(huán)加熱系統(tǒng)中，水溫調(diào)節(jié)閥的作用在于：(1)接收來自熱水器或類似加熱源的高溫水；(2)接收從循環(huán)加熱系統(tǒng)的加熱環(huán)路中返回的低溫水；(3)通過利用閥門調(diào)節(jié)高溫水和低溫水的相對流量來將恒溫水輸出至循環(huán)加熱系統(tǒng)的加熱環(huán)路；以及(4)確保從熱水器或類似加熱源添加至循環(huán)加熱系統(tǒng)的任何額外的水被返回至熱水器或類似加熱源的相應(yīng)量的水替換(因輸出水件進(jìn)入返回水溫調(diào)節(jié)閥的閉合環(huán)路的事實(shí)而產(chǎn)生的要求)。此外，重要的是，水溫調(diào)節(jié)閥為循環(huán)加熱系統(tǒng)提供整體溫度控制，以防止地面結(jié)構(gòu)或地面覆蓋物受損。

利用通常在調(diào)溫閥和恒溫裝置中使用的機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)對水溫的調(diào)節(jié)。

通常來說，在這些類型的閥門中，借助于黃銅閥體中的鑄造通道或機(jī)械通道來形成用于將高溫水和低溫水引導(dǎo)至調(diào)節(jié)間隙的所需流動通道。流動通道還影響流量以及閥門的快速適應(yīng)流入變化的能力。此外，存在如下情況：通常形成溫度調(diào)節(jié)閥的元件部分的恒溫元件進(jìn)行了錯(cuò)誤的“熱”或“冷”檢測。這些錯(cuò)誤檢測可能造成關(guān)于調(diào)節(jié)輸出水溫的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的發(fā)明人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)：可以通過改變溫度調(diào)節(jié)閥中的元件部分的構(gòu)造和/或結(jié)構(gòu)來得到大幅提高的性能。

根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種液體溫度調(diào)節(jié)閥，其包括具有腔室的閥體，在所述腔室中能夠發(fā)生液體混合，所述閥體設(shè)置有：熱液入口，其適于與熱液源連通，并且熱液能夠經(jīng)由所述熱液入口進(jìn)入所述腔室；回液入口，其適于與使用加熱用的加熱液的設(shè)備連通，并且來自使用加熱用的加熱液的所述設(shè)備的冷卻液能夠經(jīng)由所述回液入口進(jìn)入所述腔室；加熱液出口，其適于與使用加熱用的加熱液的所述設(shè)備連通，并且加熱液能夠經(jīng)由所述加熱液出口離開所述腔室，并流動至使用加熱用的加熱液的所述設(shè)備；以及返回出口，其適于與所述熱液源連通，并且冷卻液能夠經(jīng)由所述返回出口離開所述腔室，并流動至所述熱液源，所有入口和出口同樣與所述腔室連通，所述連通被設(shè)置在所述腔室中的大致筒狀中空活塞控制，所述活塞能夠與所述腔室的內(nèi)表面形成密封關(guān)系，并設(shè)置有多個(gè)開口，隨著所述活塞在所述腔室內(nèi)采用各種位置，所述多個(gè)開口允許所述熱液入口與設(shè)置在所述活塞中的內(nèi)部通道之間的連通和/或所述回液入口與設(shè)置在所述活塞中的所述內(nèi)部通道之間的連通，在溫度反應(yīng)裝置和/或能手動操作的溫度調(diào)節(jié)裝置的作用下，所述活塞能夠在所述腔室中的多個(gè)極限位置之間移動，在經(jīng)由所述熱液入口和所述回液入口而流動到所述腔室中的兩股液流從所述入口朝所述加熱液出口流動穿過所述活塞中的所述內(nèi)部通道時(shí)，緊密靠近的所述熱液入口和所述回液入口促進(jìn)所述兩股液流的混合。隨著液流流動穿過活塞中的內(nèi)部通道，通過混合液流來影響混合的程度和得到的溫度分布，可以預(yù)料到，與現(xiàn)有液體溫度調(diào)節(jié)閥的腔室中的現(xiàn)有混合相比，本發(fā)明的這種混合更快速且徹底。一個(gè)有利之處在于：溫度反應(yīng)裝置附近的液體溫度更一致，從而導(dǎo)致更好且錯(cuò)誤更少的溫度控制。

在以下描述中，采用術(shù)語“向上”(相對于閥門)用于表示遠(yuǎn)離加熱液出口的方向。腔室中的溫度反應(yīng)裝置優(yōu)選地包括與活塞合作的恒溫元件，活塞下端優(yōu)選地通過夾持來被安裝至恒溫元件。恒溫元件可以是隨著溫度變化而以已知方式膨脹和收縮的已知平膜片元件。恒溫元件與活塞之間的相互作用使得恒溫元件的膨脹或收縮導(dǎo)致活塞在腔室中運(yùn)動。優(yōu)選的是，借助于壓縮彈簧(活塞抵靠在壓縮彈簧的上端上)來約束活塞和恒溫元件相對于腔室的位移。壓縮彈簧的下端因與設(shè)置在形成加熱液出口的一部分的裝置上的肩部相互作用而被保持在腔室中。借助于恒溫元件與閥軸底端的接觸來限制恒溫元件(以及活塞)的向上運(yùn)動的程度，閥軸與溫度指示旋鈕組件連接，并借助于配合螺紋與腔室上端相互作用。借助于腔室中的在熱液入口上方的肩部來設(shè)置活塞的向上運(yùn)動的極限。可以旋轉(zhuǎn)溫度指示旋鈕組件的旋鈕，以指示特定溫度，并可以借助于配合的螺紋構(gòu)造相對于腔室或恒溫元件的上端來向上或向下移動閥軸。

恒溫元件通常包括不膨脹部分和膨脹部分(通常為杯體中所含的蠟)。當(dāng)恒溫元件周圍的液體溫度升高時(shí)，蠟膨脹并推壓恒溫元件中的膜片，這又使力和運(yùn)動經(jīng)由內(nèi)部插塞傳遞至不膨脹的內(nèi)部活塞。因?yàn)楹銣卦械牟慌蛎浀膬?nèi)部活塞與閥軸底端接觸，所以恒溫元件和活塞在腔室中被向下推動來克服壓縮彈簧的力。與之相反，當(dāng)恒溫元件周圍的液體的溫度下降時(shí)，蠟收縮，并且在腔室中壓縮彈簧向上推動活塞和恒溫元件。

活塞在腔室中的運(yùn)動使得在活塞位于腔室中的各個(gè)位置的情況下活塞中的開口與熱液入口、回液入口和返回出口中的一者或多者連通。這控制液體的從熱液入口和回液入口進(jìn)入活塞的內(nèi)部通道和腔室的比率。

已確定的是，與現(xiàn)有溫度調(diào)節(jié)閥的情況相比，根據(jù)本發(fā)明的熱液和冷卻液在腔室中的混合更快且更有效。

雖然根據(jù)本發(fā)明的溫度調(diào)節(jié)閥可以適用于各種液體，但意圖主要在使用加熱水的循環(huán)加熱系統(tǒng)中使用。

附圖說明

為了可以更清楚地理解本發(fā)明，現(xiàn)在參考附圖描述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，其中：

圖1是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的分解圖；

圖2是圖1所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的側(cè)視圖；

圖3是沿著圖2的線3-3截取的縱截面視圖；

圖4是圖1所示的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的另一側(cè)視圖；

圖5是沿著圖4的線5-5截取的橫截面視圖；

圖6是沿著圖4的線6-6截取的橫截面視圖；

圖7是圖3的區(qū)域7的放大視圖；

圖8是圖3的區(qū)域8的放大視圖；

圖9是沿著圖2的線9-9截取的橫截面視圖；

圖10是沿著圖2的線10-10截取的橫截面視圖；

圖11是沿著圖2的線11-11截取的橫截面視圖；

圖12是沿著圖2的線12-12截取的橫截面視圖；

圖13是從圖1的實(shí)施例上方觀察的視圖；

圖14是沿著圖13的線14-14截取的縱截面視圖；

圖15是沿著圖14的線15-15截取的橫截面視圖；

圖16是沿著圖14的線16-16截取的橫截面視圖；

圖17是沿著圖14的線17-17截取的橫截面視圖；

圖18是沿著圖14的線18-18截取的橫截面視圖；

圖19是沿著圖13的線19-19截取的縱截面視圖；

圖20是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的活塞的側(cè)視圖；

圖21是沿著圖20的線21-21截取的縱截面視圖；

圖22是從圖20所示的活塞底端觀察的視圖；

圖23是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的閥軸的透視圖；

圖24是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的閥軸的側(cè)視圖；

圖25是圖24的閥軸端部的局部縱截面視圖；

圖26是圖24的閥軸的端視圖；

圖27是在向下鎖緊位置時(shí)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的溫度控制旋鈕的側(cè)視圖；

圖28是沿著圖28的線28-28截取的橫截面視圖；

圖29是沿著圖28的線29-29截取的橫截面視圖；

圖30是沿著圖28的線30-30截取的橫截面視圖；

圖31是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的縱截面，示出了在兩個(gè)入口打開的情況下的流體流動；

圖32是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的縱截面，示出了在僅回液入口打開的情況下的流體流動；

圖33是根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例的縱截面，示出了在僅熱液入口打開的情況下的流體流動；

圖34是示出了現(xiàn)有溫度調(diào)節(jié)閥中的流體流動以及溫度的可視化指示的簡化視圖；

圖35是示出了本發(fā)明的實(shí)施例中的流體流動以及溫度的可視化指示的簡化視圖；

圖36是示出了本發(fā)明的實(shí)施例中的活塞、恒溫元件與彈簧之間的關(guān)系的視圖。

具體實(shí)施方式

如圖1的分解圖所示，閥門(總體上由附圖標(biāo)記10表示)包括：閥體(12)；溫度控制旋鈕(22)；一些o形環(huán)(24)、(34)、(36)和(42)，其用于在各部件與閥體(12)內(nèi)部之間提供密封；閥軸(32)；恒溫元件(28)；活塞(30)；彈簧(26)；以及可調(diào)節(jié)的管道連接配件(38)，其具有用于與泵總管(未示出)連接的泵連接面(40)，并還包括用于固定與泵總管的連接的泵連接螺母(44)。閥體(12)設(shè)置有：加熱液出口(14)，其用于在循環(huán)加熱系統(tǒng)(未示出)中向加熱環(huán)路供應(yīng)溫度調(diào)節(jié)水；回液入口(16)，其用于使水從上述加熱環(huán)路中返回；熱液入口(18)，其用于供應(yīng)來自熱水器(未示出)的熱水；返回出口(20)，其用于使水返回至上述熱水器以再加熱。可調(diào)節(jié)的管道連接配件(38)被具有安全頭的螺釘(46)和鎖緊螺釘(48)保持在適當(dāng)?shù)奈恢谩?/p>

圖2示出了從返回出口(20)所在的一側(cè)觀察到的閥門，而圖4示出了從示出加熱液出口(14)、回液入口(16)、熱液入口(18)和返回出口(20)的相對位置的一側(cè)觀察到的閥門。

在作為沿著圖2的線d-d截取的縱截面視圖的圖3中，可以看到活塞(30)在閥體的腔室(53)中的一個(gè)位置處的布置以及活塞(30)與恒溫元件(28)和彈簧(26)的關(guān)系。在圖3中，回液入口和熱液入口如圖7所示那樣打開。通常為筒狀且兩端是敞開的活塞(30)由兩個(gè)側(cè)壁部分(52)和(54)構(gòu)成，這兩個(gè)側(cè)壁部分(52)和(54)被由多個(gè)支撐部(58)橋接的間隙(56)隔開。因此，根據(jù)活塞在閥體(12)中的布置，液體可以從熱液入口和回液入口中的任一者或兩者中流動通過活塞(30)。o形環(huán)(34)、(36)和橡膠包覆成型(over-moulded)密封件(50)被安裝在側(cè)壁(52)和(54)外側(cè)的溝槽中，并與閥體(12)的內(nèi)壁(60)形成密封關(guān)系。如圖19中所看到的，活塞(30)還設(shè)置有一體成型的彈簧夾(62)，彈簧夾(62)用于相對于活塞(30)將恒溫元件(28)保持在適當(dāng)?shù)奈恢?。這防止在活塞側(cè)壁(54)關(guān)閉回液入口(16)時(shí)恒溫元件(28)移動離開該位置。位于活塞(30)的底端處的凸緣部(fin)(59)的底面與彈簧(26)的上端接合，而位于活塞(30)的底端處的凸緣部(59)的頂面與恒溫元件(28)的肩部(57)的底面接合。在圖36中可以更清晰地看到該構(gòu)造。這種相互作用實(shí)現(xiàn)活塞(30)與恒溫元件(28)之間的接觸，這能夠使恒溫元件(28)中的蠟因升高的溫度而膨脹，從而使活塞(30)向下移動。

閥軸(32)的底端(64)可以被置于恒溫元件(28)的頂部，并且閥軸(32)的頂端設(shè)置有中斷螺紋(66)，該中斷螺紋(66)與設(shè)置在閥體的內(nèi)壁(60)的頂端上的互補(bǔ)螺紋(68)接合。位于閥軸(32)上的螺紋下方的溝槽中的o形環(huán)(24)與閥體(12)的內(nèi)壁(60)以密封關(guān)系接合。隨著恒溫元件(28)中的蠟膨脹和收縮，活塞(30)向下或向上移動。由于中斷螺紋(66)和互補(bǔ)螺紋(68)的接合，因此可以僅利用溫度控制旋鈕(22)來旋轉(zhuǎn)不被恒溫元件(28)或活塞(30)向上或向下移動的閥軸(32)。這能夠設(shè)定在加熱液出口(14)處離開閥門的水的溫度。閥軸(32)的通常呈閉合孔的形式的上部(72)的內(nèi)側(cè)表面(70)設(shè)置有多個(gè)鋸齒部，這些鋸齒部沿著內(nèi)側(cè)表面延伸，從而在該實(shí)施例中形成32個(gè)齒形花鍵(74)?；ㄦI(74)可以與從溫度控制旋鈕(22)的下側(cè)懸垂的互補(bǔ)花鍵(76)接合。當(dāng)旋轉(zhuǎn)溫度控制旋鈕(22)時(shí)，閥軸(32)旋轉(zhuǎn)，并根據(jù)旋轉(zhuǎn)方向向上或向下移動。這改變了閥軸(32)的與恒溫元件的頂端(80)相互作用的表面(78)的高度，并且閥軸表面(78)在閥門中的該定位決定了加熱液出口(14)的水的設(shè)定溫度。閥軸(32)的主要目的在于設(shè)定加熱液出口的水的特定溫度，并在閥門中的任何力的作用下通過不改變位置來保持該溫度。閥體的上部的外周部(82)呈正六邊形的形狀，并且當(dāng)朝閥體向下推壓溫度控制旋鈕時(shí)，外周部(82)可以與設(shè)置在溫度控制旋鈕的外壁的內(nèi)側(cè)表面上的花鍵(84)接合。當(dāng)花鍵(84)和閥體的六邊形外壁(82)接合起來時(shí)，溫度控制旋鈕不能旋轉(zhuǎn)，并且不能隨后用于調(diào)節(jié)閥門的溫度設(shè)定。

在實(shí)施例的截面圖(即圖31、圖32和圖33，這些圖示出了在入口(16,18)中的一個(gè)入口或另一個(gè)入口或兩個(gè)入口打開的情況下的實(shí)施例)中，可以看到活塞(30)相對于這些入口的位置。由活塞(30)中的間隙(56)形成的孔口和入口(16,18)允許流體進(jìn)入到活塞的內(nèi)部通道(86)中，并且在合適的情況下允許流體被快速混合。

在圖34(其為基于穿過例如在循環(huán)加熱系統(tǒng)中使用的現(xiàn)有水溫調(diào)節(jié)閥的截面圖的示意性流體流動視圖)中，冷水(92)(或回液)(用字母“c”表示)在活塞(96)上方進(jìn)入閥門，而熱水(94)(熱液)(用字母“h”表示)在活塞(96)下方進(jìn)入閥門。這由箭頭示出。水流的混合可以導(dǎo)致恒溫元件(98)周圍的溫度高于或低于平均混合溫度。這導(dǎo)致了較差的恒溫性能。

在圖35(其為基于穿過根據(jù)本發(fā)明的溫度調(diào)節(jié)閥的截面圖的示意性流體流動視圖)中，熱水入口(100)和冷水入口(102)緊密靠近，并且水流(104,106)的混合較早地開始，并更快且更完全。這在恒溫元件(108)周圍產(chǎn)生更一致的混合水溫度，從而導(dǎo)致良好的恒溫性能。

溫標(biāo)在圖34和圖35中的每一者中是不相同的，并旨在僅是示意性的。

在熱水經(jīng)由熱液入口(18)和活塞間隙(56)進(jìn)入到活塞(30)的內(nèi)部通道(86)中而流動到閥門中并且冷水經(jīng)由回液入口(16)和活塞間隙(56)進(jìn)入到活塞(30)的內(nèi)部通道(86)中而流動到閥門中的情況下，兩股水流在活塞(30)的內(nèi)部通道(86)中開始混合。水流的混合流經(jīng)過恒溫元件(28)，并經(jīng)由加熱液出口(14)離開閥門。利用穩(wěn)定的入口溫度和壓力以及閥軸表面(78)的設(shè)定高度，恒溫元件(28)膨脹和收縮直到其到達(dá)平衡位置為止，使得恒溫元件(28)和活塞(30)的相互作用導(dǎo)致熱流體入口孔口與冷流體入口孔口成比率，該比率導(dǎo)致對特定長度的恒溫元件(28)而言混合水的平均溫度總是相同。

例如，在30℃時(shí)恒溫元件(28)為10mm長，閥軸高度被設(shè)定為使得在熱水溫度為40℃、冷水溫度為20℃并且各個(gè)入口的壓力相等的情況下，恒溫元件(28)的長度為10mm，且熱液入口(18)的孔口(88)和回液入口(16)的孔口(90)的尺寸相等。在該特定方案中，進(jìn)入閥門的40℃的熱水的量和20℃的冷水的量將相等。然后，離開加熱液出口(14)的加熱水的平均溫度為30℃{40°+20°/2}。當(dāng)前述條件穩(wěn)定時(shí)，閥門保持加熱液出口(14)處的30°的恒定加熱水溫，且在恒溫元件(28)“察覺(perceive)”到30℃的溫度時(shí)恒溫元件(28)的10mm的長度不會變化。如果閥軸表面(78)隨后向下移動，則恒溫元件(28)仍為10mm長。然而，現(xiàn)在熱液入口(18)的孔口(88)和回液入口(16)的孔口(90)的尺寸將不再相等。也就是說，進(jìn)入閥門的熱水多于進(jìn)入閥門的冷水，并且加熱液出口(14)處的加熱水的溫度不再是30℃。因此，恒溫元件的長度將響應(yīng)于現(xiàn)有熱水溫度而變化。這也將造成入口孔口(88)與入口孔口(90)的尺寸比率變化，并隨后將再次改變加熱液出口(14)處的加熱水的溫度。這些溫度變化將持續(xù)，直到達(dá)到加熱水的新的穩(wěn)定平衡溫度，在新的穩(wěn)定平衡溫度下，恒溫元件的長度、入口孔口(88)與入口孔口(90)的尺寸比率以及加熱液出口(14)處的加熱水溫度都匹配。這將成為閥門的新的設(shè)定溫度。在任意特定閥軸高度處，在穩(wěn)定的入口水溫和壓力的情況下，加熱水出口(14)處僅存在加熱水的一個(gè)特定溫度。隨著調(diào)節(jié)溫度控制旋鈕(22)并因此調(diào)節(jié)閥軸高度，也會調(diào)節(jié)加熱液出口(14)處的加熱水的設(shè)定溫度，即，根據(jù)溫度控制旋鈕(22)旋轉(zhuǎn)的方向，加熱水的設(shè)定溫度或升高或降低。

如果以借助于恒溫元件(28)的膨脹或收縮來反向驅(qū)動閥軸螺紋的方式設(shè)計(jì)閥門，則閥門的設(shè)定溫度將不會穩(wěn)定。這還意味著恒溫元件(28)的膨脹或收縮不會調(diào)節(jié)加熱水出口(14)處的加熱水的溫度，這是因?yàn)殚y軸將上下移動而不是活塞(30)上下移動。因此，根據(jù)本發(fā)明的閥門設(shè)計(jì)為具有如下閥軸螺紋：該閥軸螺紋借助于沿軸向被引導(dǎo)至閥軸上的直線力而自鎖以抵抗反向驅(qū)動。

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