恒温阀控制方法及恒温阀与流程

1.本发明涉及卫浴领域，尤其涉及一种恒温阀控制方法及一种恒温阀。


背景技术：

2.如图1所示，现有的恒温龙头调温原理是采用冷热水压力分别推动滑套1’，其中，热水及冷水从滑套1’两端分别进入热敏元件2’，且热水入口设置于靠近热敏元件2’的一端，而出水温度设定由热敏元件2’在此温度下产生热胀预推力与复位弹簧3’弹力两者达到平衡状态位置所决定，当外界进水压力与温度变化引进混合水温度变化时，热敏元件2’随之发生热胀冷缩反应，打破原有的力量平衡，从而推动滑套1’轴向移动以调节冷热水比例，从而维持出水温度稳定。例如，当感知混合水温度升高时，热敏元件2’膨胀并压缩复位弹簧3’以使将滑套1’向左移动，从而关小热水入口流量，同时增大冷水入口流量，调节冷热水比例使混合水温度波动稳定下来。
3.如图2所示，现有的恒温龙头中的热敏元件普遍采用石蜡技术实现调控，在标准供水条件(冷热水压力0.3mpa、冷水温度15℃
‑
20℃，热水温度65℃
‑
70℃)发生变化后，瞬时混合水温度会忽高忽低，波动范围在
±
10℃内；在非标供水条件发生变化后，其波动范围超过
±
15℃，超出了人体瞬时能接受的温度，体感忽冷忽热，此大范围的波动时间会维持在5秒左右。
4.结合图1及图2，造成以上原因主要包括以下三个方面：
5.一、传统水路恒温龙头的控制原理是冷热水从滑套两端分别进入到热敏元件位置，而热水入口靠近热敏元件，在热敏元件周围，冷热水未充分进行热交换就已流走，导致热敏元件并不是根据终端混水温度信息来反应，而是依据尚未充分交换的热水温度来进行反应。
6.二、冷热水从滑套两端分别进入到热敏元件附近，滑套的受力平衡方程式为：p
h
κ*δx＝p
c
λ*δx，其中，p
h
为热水压力，p
c
为冷水压力，λ为热敏元件膨胀力系数，κ为弹簧弹性系数，δx为位移量。需要说明的是，滑套的受力还包括摩擦力，但滑套实际所受摩擦力受水压或水温影响小，在研究影响滑套位移变化因子中可将其认为常量。相应地，可推导出滑套位移公式：δx＝(p
c
‑
p
h
)/(λ
‑
κ)，从而得出：滑套位移变量与冷热水的压差比成正比，压差比愈大，位移变量愈大。同时，依据能量守恒定律可推出混水温变关系式：δt
m
∝
δx*(t
h
‑
t
c
)，从而得出：位移量δx变化愈大，混水温度变化量δt
m
也就愈大。
7.三、传统水路恒温龙头的热敏元件采用棒状设计，热交换效率慢，并存在温度滞后性。
8.因此，传统水路恒温龙头在供水条件发生瞬间，热敏元件在冷热不均的温场中产生热胀冷缩应变量忽大忽小，从而加剧出水温度忽冷忽热。


技术实现要素：

9.本发明所要解决的技术问题在于，提供一种恒温阀控制方法及恒温阀，可实现恒
温龙头全程恒温，特别是解决淋浴冷热水进水压力与冷热水温度突变瞬时忽冷忽热问题，极大提升淋浴舒适感。
10.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种恒温阀控制方法，所述恒温阀包括把手机构、阀芯基座、阀芯滑套、热敏元件及复位弹簧，所述阀芯滑套设于所述阀芯基座内且所述阀芯滑套上设有导流环，所述导流环将所述阀芯基座与阀芯滑套所形成的内腔分割为混水腔及热敏反应腔并将所述混水腔分割为导流区及混水区，所述阀芯基座及阀芯滑套上开设有与所述混水腔连通的第一进水通道及第二进水通道，所述恒温阀控制方法包括：分别向所述第一进水通道及第二进水通道输入热水及冷水，以使热水及冷水分别沿所述第一进水通道及第二进水通道进入所述阀芯滑套的混水腔；经所述第一进水通道进入所述混水腔的水冲击所述导流环，并在所述导流环的作用下沿导流方向流动至所述第二进水通道的出水口方向；经导流后的水与经所述第二进水通道进入所述混水腔的水在所述混水腔的导流区内进行一次混合以形成混合水；经一次混合后的混合水进入所述混水腔的混水区内进行二次混合；经二次混合后的混合水进入所述热敏反应腔内以形成准恒温场，并与所述热敏反应腔内的所述热敏元件接触；所述热敏元件在所述准恒温场的作用下产生形变，以改变所述热敏元件施加于所述阀芯滑套上的力；所述阀芯滑套在所述热敏元件、混水腔内混合水及复位弹簧的作用下沿所述阀芯基座的内壁相对滑动以调节所述第一进水通道及第二进水通道的进水量。
11.作为上述方案的改进，所述阀芯滑套在热敏元件、混水腔内混合水及复位弹簧的作用下沿阀芯基座的内壁相对滑动以调节第一进水通道及第二进水通道的进水量的方法包括：所述阀芯滑套根据所述热敏元件的推力、混水腔内混合水的推力及复位弹簧的复位力调节所述第一进水通道及第二进水通道的进水量，所述热敏元件的推力方向与所述混水腔内混合水的推力方向相反。
12.作为上述方案的改进，所述阀芯滑套在热敏元件、混水腔内混合水及复位弹簧的作用下沿阀芯基座的内壁相对滑动以调节第一进水通道及第二进水通道的进水量的方法包括：所述阀芯滑套根据公式δx＝p
m
/(λ
‑
κ)产生位移，以调节所述第一进水通道及第二进水通道的进水量，其中，δx为阀芯滑套的位移量，p
m
为混水腔内混合水的推力，λ为热敏元件的膨胀力系数，κ为弹簧的弹性系数。
13.作为上述方案的改进，所述分别向第一进水通道及第二进水通道输入热水及冷水，其中：当向所述第一进水通道输入热水时，则向所述第二进水通道输入冷水；当向所述第一进水通道输入冷水时，则向所述第二进水通道输入热水。
14.作为上述方案的改进，所述导流环的截面为l型截面，所述l型截面包括相互垂直的第一截面段及第二截面段，所述第一截面段的一端与所述阀芯滑套连接，所述第一截面段的另一端与所述第二截面段的一端连接，所述第二截面段的另一端为凸弧结构，所述第一截面段与第二截面段的连接处为弧形过渡，所述第二截面段与所述第一进水通道的出水口相向设置；所述经第一进水通道进入混水腔的水冲击导流环，并在导流环的作用下沿导流方向流动至第二进水通道的出水口方向的步骤包括：经所述第一进水通道进入所述混水腔的水沿所述第一截面段流动；水到达所述第一截面段与第二截面段的连接处时，在弧形过渡位置的导流作用下，水沿导流方向流动至所述第二进水通道的出水口方向进行混合。
15.作为上述方案的改进，经一次混合后的混合水在凸弧位置的导流作用下，沿导流
方向进入所述混水腔的混水区内进行二次混合后再进入所述热敏反应腔内以形成准恒温场。
16.作为上述方案的改进，所述热敏元件包括环状基座、石蜡、膜片及活塞，所述环状基座的一端开设有混合水出水口，所述环状基座的另一端与所述活塞的一端连接，所述活塞的另一端与所述阀芯滑套上的导流环连接，所述环状基座的侧壁为中空结构，所述石蜡设于所述中空结构内并通过所述膜片与所述活塞连接；所述热敏元件在所述准恒温场的作用下产生形变，以改变热敏元件施加于阀芯滑套上的力的步骤包括：所述环状基座将所述准恒温场中混合水的温度传导至所述石蜡；所述石蜡根据混合水的温度产生形变，并驱动所述模片调整所述活塞的实时位置；所述活塞通过所述导流环驱动阀芯滑套，以改变所述阀芯滑套的受力状态。
17.作为上述方案的改进，所述恒温阀控制方法还包括：经二次混合后的混合水进入所述热敏反应腔的准恒温场内进行三次混合；经三次混合后的混合水沿所述热敏反应腔内的混水出水口排出。
18.相应地，本发明还提供了一种恒温阀，其采用上述恒温阀控制方法。
19.实施本发明，具有如下有益效果：
20.本发明对冷热水进行多次导流、混合，使得混合水与热敏元件接触前已实现充分混合，与恒温阀最终输出的混合水温度近似，还可实现冷水及热水的正反接(仅需更换阀芯滑套即可)，无位置要求，灵活性强；
21.同时，本发明将阀芯滑套的受力因素由四个简化为三个(混水腔内混合水的推力、热敏元件的膨胀力系数及弹簧的弹性系数)，可便于滑套快速调节，更易达到新的平衡，反应时间更短。
22.另外，经二次混合后的混合水进入所述热敏反应腔内，在热敏元件周围形成准恒温场，同时热敏元件采用环状设计，大大提高了热敏元件热交换面积，提高其反应速度，可以快速调节至人体感知舒适温度从所述热敏反应腔内的混水出水口排出。
附图说明
23.图1是现有恒温阀的结构示意图；
24.图2是现有恒温阀的混合水温度示意图；
25.图3是本发明恒温阀控制方法的实施例流程图；
26.图4是本发明恒温阀控制方法的混合水温度示意图；
27.图5是本发明恒温阀的区域划分图；
28.图6是本发明恒温阀的剖视图；
29.图7是本发明恒温阀中导流环的剖视图；
30.图8是本发明恒温阀中热敏元件的剖视图。
具体实施方式
31.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
32.参见图3，图3显示了本发明恒温阀控制方法的实施例，其包括：
33.s101，分别向第一进水通道及第二进水通道输入热水及冷水，以使热水及冷水分别沿第一进水通道及第二进水通道进入阀芯滑套的混水腔。
34.如图5及6所示，本发明中采用的恒温阀包括把手机构4、阀芯基座5、阀芯滑套1、热敏元件2及复位弹簧3，阀芯滑套1设于阀芯基座5内且阀芯滑套1上设有导流环6，导流环6将阀芯基座5与阀芯滑套1所形成的内腔分割为混水腔及热敏反应腔n,并将混水腔分割为沿所述阀芯滑套1内壁分布的导流区m1及位于阀芯滑套1中部的混水区m2，阀芯基座5及阀芯滑套1上开设有与混水腔连通的第一进水通11道及第二进水通道12。其中，所述复位弹簧3设于所述混水腔内，所述热敏元件2设于所述热敏反应腔n内。
35.启动恒温阀时，分别向第一进水通道11及第二进水通道12输入热水及冷水，其中，当向第一进水通道11输入热水时，则向第二进水通道12输入冷水；当向第一进水通道11输入冷水时，则向第二进水通道12输入热水。
36.需要说明的是，现有恒温阀中的热敏元件2普遍采用石蜡技术实现调控，由于石腊是依据在人体体温相变区体膨胀力系数最大来进行参数设定的，因此，现有技术中恒温阀外接冷水及热水时，需采用左热右冷的方式，若采用左冷右热的反接方式会导致恒温阀失效。与现有技术不同的是，本发明的恒温阀在外接冷水及热水时，无位置要求，仅需更换阀芯滑套即可，，灵活性强。
37.s102，经第一进水通道进入混水腔的水冲击导流环，并在导流环的作用下沿导流方向流动至第二进水通道的出水口方向。
38.如图7所示，本发明中采用的导流环6的截面为l型截面，l型截面包括相互垂直的第一截面段61及第二截面段62，第一截面段61的一端与阀芯滑套1连接，第一截面段61的另一端与第二截面段62的一端连接，第二截面段62的另一端为凸弧结构，第一截面段61与第二截面段62的连接处为弧形过渡，第二截面段62与第一进水通道11的出水口相向设置。
39.具体地，经第一进水通道11进入混水腔的水沿第一截面段61流动；当水到达第一截面段61与第二截面段62的连接处时，在弧形过渡位置的导流作用下，水沿导流方向流动至第二进水通道12的出水口方向进行混合。
40.优选地，所述弧形过渡为圆弧形过渡，且所述凸弧结构为圆弧结构，可进一步提升导流效果。
41.s103，经导流后的水与经第二进水通道进入混水腔的水在混水腔的导流区内进行一次混合以形成混合水。
42.s104，经一次混合后的混合水进入混水腔的混水区内进行二次混合。
43.s105，经二次混合后的混合水进入热敏反应腔内以形成准恒温场，并与热敏反应腔内的热敏元件接触。
44.结合图5及图6所示，经一次混合后的混合水在凸弧位置的导流作用下，沿导流方向进入混水腔的混水区内进行二次混合后再进入热敏反应腔n内以形成准恒温场。
45.需要说明的是，第一进水通道11的出水口正对导流环6，因此，在导流环6的导流作用下，经第一进水通道11进入混水腔的水利用柯恩达效应，先向右进行引流并与第二进水通道12的水在混水腔的导流区m1进行热交换，以形成混合水；然后，再次利用柯恩达效应将经一次混合后的混合水向阀芯滑套1的左侧引流；接着，再通过阀芯滑套1在混水腔的混水区m2内进一步混合后，进入阀芯滑套1左侧的热敏反应腔n。此过程中，冷热水的热交换时间
比现有技术要长，使得热敏元件2周围温场接近终端混水温场以形成准恒温场。
46.s106，热敏元件在准恒温场的作用下产生形变，以改变热敏元件施加于阀芯滑套上的力。
47.现有技术中，常利用热水温度作为热敏元件的温度来源。与现有技术不同的是，本发明将热敏元件置于周围温度接近终端混水温场的位置(即准恒温场)，将准恒温场的混水温度作为热敏元件的温度来源进行调节，大大提升调节的准确度。
48.另外，为了更好地实现热交换，本发明的热敏元件可以设计为环状结构，大大地增加了热交换面积，从而加快热敏元件的反应时间。
49.如图8所示，热敏元件2包括环状基座21、石蜡22、膜片23及活塞24，环状基座21的一端开设有混合水出水口25，环状基座21的另一端与活塞24的一端连接，活塞24的另一端与阀芯滑套1上的导流环6连接，环状基座21的侧壁为中空结构，石蜡22设于中空结构内并通过膜片23与活塞24连接。
50.二次混合后的水进入热敏反应腔n内后，在准恒温场内分两路分别与热敏元件2接触，其中，一路在沿热敏元件2的内壁流动，另一路沿热敏元件2的外壁流动，即，热敏元件的内外壁与混合水同时进行热交换，使得环状基座21将准恒温场中混合水的温度充分传导至石蜡22，大大提高了热敏元件2热交换面积，提高石蜡22的反应速度；同时，石蜡22根据混合水的温度产生形变，并驱动模片23调整活塞24的实时位置；然后，活塞24通过导流环6驱动阀芯滑套1，以改变阀芯滑套1的受力状态。
51.例如，当石蜡22受热膨胀后，石蜡22挤压模片23，同时模片23推动活塞24，活塞24再通过导流环6向阀芯滑套1施加推力，从而使得阀芯滑套1的受力发生变化并产生位移，以调节第一进水通道11及第二进水通道12的进水量，实现恒温控制。
52.又如，当石蜡22受冷收缩后，石蜡22不再挤压模片23，同时模片23不再推动活塞24，活塞24不再通过导流环6向阀芯滑套1施加推力，从而使得阀芯滑套1的受力发生变化并产生位移，以调节第一进水通道11及第二进水通道12的进水量，实现恒温控制。
53.s107，阀芯滑套在热敏元件、混水腔内混合水及复位弹簧的作用下沿阀芯基座的内壁相对滑动以调节第一进水通道及第二进水通道的进水量。
54.具体地，阀芯滑套可根据热敏元件的推力、混水腔内混合水的推力及复位弹簧的复位力调节第一进水通道及第二进水通道的进水量，热敏元件的推力方向与混水腔内混合水的推力方向相反。
55.需要说明的是，第一进水通道及第二进水通道输入的水在阀芯滑套进行两次混合形成推力，第一进水通道及第一进水通道的水所形成的独立推力不作用于阀芯滑套上，大大地简化了阀芯滑套的受力因素，便于滑套快速调节。
56.进一步，阀芯滑套根据公式δx＝p
m
/(λ
‑
κ)产生位移，以调节第一进水通道及第二进水通道的进水量，其中，δx为阀芯滑套的位移量，p
m
为混水腔内混合水的推力，λ为热敏元件的膨胀力系数，κ为弹簧的弹性系数。
57.现有阀芯滑套的受力平衡方程式为：p
h
κ*δx＝p
c
λ*δx，也就是说，现有的阀芯滑套的受力因素涉及热水压力、冷水压力、热敏元件膨胀力系数及弹簧弹性系数，共四个。与现有技术不同的是，本发明中阀芯滑套的受力热平衡方程式为：λ*δx＝p
m
κ*δx，也就是说，本发明中阀芯滑套的受力因素涉及混水腔内混合水的推力、热敏元件的膨胀力系数
及弹簧的弹性系数，共三个，从而实现了受力因素的简化，便于滑套快速调节，更易达到新的平衡，反应时间更短。需要说明的是，阀芯滑套的受力还包括摩擦力，但滑套实际所受摩擦力受水压或水温影响小，在研究影响滑套位移变化因子中可将其认为常量。
58.相应地，根据上述受力平衡方程式，可得到本发明中阀芯滑套的位移公式：δx＝p
m
/(λ
‑
κ)。从上述位移公式可分析得出：阀芯滑套的位移变化量与混水腔内混合水的压力推动有关，与单独的冷水水压或热水水压无直接关系，与两者压差比也没有关系。因此，本发明的控制方法对抗冷热水压差能力优胜于传统水路设计的恒温龙头，适用范围更广，特别适合太阳能热水器市场。
59.s108，经二次混合后的混合水进入热敏反应腔的准恒温场内进行三次混合。
60.s109，经三次混合后的混合水沿热敏反应腔内的混水出水口排出。
61.需要说明的是，经二次混合后的混合水已经实现了冷热水的充分混合，其温度与三次混合后的混合水温度接近，因此，热敏元件近似根据混水出水口排出的混合水进行调整，准确性高。
62.如图4所示，本发明的恒温阀控制方式可在供水条件发生变化瞬间将出水温度波动控制人体能承受的范围内(
±
1℃)，真正实现恒温龙头全程恒温，极大提升淋浴舒适感。
63.综上所述，本发明对冷热水进行多次导流、混合，使得混合水与热敏元件接触前已实现充分混合，与恒温阀最终输出的混合水温度近似，还可实现冷水及热水的正反接(仅需更换阀芯滑套即可)，无位置要求，灵活性强；同时，本发明将阀芯滑套的受力因素由四个简化为三个(混水腔内混合水的推力、热敏元件的膨胀力系数及弹簧的弹性系数)，可便于滑套快速调节，更易达到新的平衡，反应时间更短；另外，经二次混合后的混合水进入所述热敏反应腔内，在热敏元件周围形成准恒温场，同时热敏元件采用环状设计，大大提高了热敏元件热交换面积，提高其反应速度，可以快速调节至人体感知舒适温度从所述热敏反应腔内的混水出水口排出。
64.相应地，为了实现上述恒温阀控制方法，本发明还设计了一种采用上述恒温阀控制方法的恒温阀。
65.如图5及6所示，恒温阀包括把手机构4、阀芯基座5、阀芯滑套1、热敏元件2及复位弹簧3，阀芯滑套1设于阀芯基座5内且阀芯滑套1上设有导流环6，导流环6将阀芯基座4与阀芯滑套1所形成的内腔分割为混水腔及热敏反应腔n并将混水腔分割为导流区m1及混水区m2，阀芯基座5及阀芯滑套1上开设有与混水腔连通的第一进水通道11及第二进水通道12。
66.如图7所示，所述导流环6的截面为l型截面，l型截面包括相互垂直的第一截面段61及第二截面段62，第一截面段61的一端与阀芯滑套1连接另一端与第二截面段62的一端连接，第二截面段62的另一端为凸弧结构，第一截面段61与第二截面段62的连接处为弧形过渡，第二截面段62与第一进水通道11的出水口相向设置。优选地，所述弧形过渡为圆弧形过渡，且所述凸弧结构为圆弧结构，可进一步提升导流效果。
67.例如，沿第一进水通道11进入混水腔的热水在导流环6的作用下，沿导流方向流动至第二进水通道12的出水口，并在导流区m1内与第二进水通道输入的冷水进行一次混合；然后，混合水在导流环6的作用下，沿导流方向流动至混水区m2进行二次混合；接着，混合水再次在导流环6的作用下，沿导流方向流动至热敏元件2附近，此时，混合水以充分完成热交换，使得热敏元件2所处的温场接近终端混水温场，热敏元件2各部位反应可以认为是依据
终端混水温度信息来反应；热敏元件2在混合水的作用下产生形变，以改变热敏元件2施加于阀芯滑套1上的力，此时，阀芯滑套1在热敏元件2、混水腔内混合水及复位弹簧3的作用下沿阀芯基座5的内壁相对滑动以调节第一进水通道11及第二进水通道12的进水量；最后，混合水沿热敏反应腔n流动至混水出水口排出。
68.进一步，本发明中的热敏元件2还可设计为环状结构，大大地增加了热交换面积，从而加快热敏元件的反应时间。
69.如图8所示，所述热敏元件2包括环状基座21、石蜡22、膜片23及活塞24，所述环状基座21的一端开设有混合水出水口25，另一端与活塞24的一端连接；活塞24的另一端与阀芯滑套1上的导流环6连接；所述环状基座21的侧壁为中空结构，且石蜡22设于中空结构内，所述中空结构的一端密封，另一端通过膜片23与活塞24连接。
70.例如，当混合水与热敏元件2接触时，石蜡22受热膨胀后挤压模片23，同时模片23推动活塞24，活塞24再通过导流环6向阀芯滑套1施加推力，从而使得阀芯滑套1的受力发生变化并产生位移，以调节第一进水通道11及第二进水通道12的进水量，实现恒温控制。
71.优选地，所述环状基座21由紫铜制成，导热性能好，能保证石蜡22对温度的精准感应。同时，所述膜片23为橡胶膜片，易于形变，密封性好。
72.以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。