李 君，翁明森，朱炳坤，李子軒，任姣姣，蘇金玉

（西安石油大學(xué) 機(jī)械工程學(xué)院，陜西 西安 710065）

1 概述

目前，賓館、家庭和公共浴室等場(chǎng)所主要使用3種混水閥，即機(jī)械式、智能恒溫式和自力恒溫式。機(jī)械式混水閥主要依靠調(diào)節(jié)熱水管道與冷水管道開關(guān)的比例來調(diào)節(jié)水溫，并依靠使用者的觸覺來測(cè)量水溫。雖然這類混水閥結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、廉價(jià)，但在使用時(shí)會(huì)因調(diào)節(jié)不當(dāng)而發(fā)生誤觸事故。智能恒溫式混水閥利用單片機(jī)開發(fā)了智能控制器，實(shí)現(xiàn)了恒溫調(diào)節(jié)，但因價(jià)格問題不宜廣泛使用。自力恒溫式混水閥的水溫調(diào)節(jié)原理是，當(dāng)熱水與冷水混合時(shí)，熱量自動(dòng)由高溫物體向低溫物體傳遞，最后達(dá)到熱平衡溫度。這是利用了熱敏元件實(shí)現(xiàn)溫度的負(fù)反饋調(diào)節(jié)，但其閥門易堵塞?？紤]到國(guó)內(nèi)水質(zhì)各地不同，無法廣泛應(yīng)用。因此，在機(jī)械式的基礎(chǔ)上，結(jié)合自力恒溫式設(shè)計(jì)開發(fā)了一種可實(shí)現(xiàn)自鎖的混水閥，當(dāng)調(diào)溫旋鈕發(fā)生誤觸至水溫突然改變時(shí)，可實(shí)現(xiàn)機(jī)械式自鎖，減少或避免燙傷事故的發(fā)生，對(duì)于大眾化的市場(chǎng)具有現(xiàn)實(shí)意義。

圖1 機(jī)械式混水閥結(jié)構(gòu)

2 傳統(tǒng)機(jī)械式混水閥

2.1 傳統(tǒng)機(jī)械式混水閥的結(jié)構(gòu)

傳統(tǒng)的機(jī)械式混水閥主要由熱水管道、冷水管道、溫水管道和控制閥門構(gòu)成，用戶根據(jù)自己的舒適度來控制熱水、冷水腔室，實(shí)現(xiàn)熱水與冷水的比例調(diào)節(jié)，然后得到適于自身舒適度的溫水。傳統(tǒng)機(jī)械式混水閥結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.2 傳統(tǒng)機(jī)械式混水閥的缺點(diǎn)

由圖1可知，機(jī)械式混水閥的主要缺點(diǎn)有：①在結(jié)構(gòu)上，傳統(tǒng)機(jī)械式混水閥主要是冷熱進(jìn)水管道與溫水出口管道組合，控制閥門調(diào)節(jié)冷熱管道流量來實(shí)現(xiàn)水溫調(diào)節(jié)。但是，通過調(diào)節(jié)閥門并不容易控制水溫。②水流壓力的問題。水流壓力影響冷熱水混合，所以，在打開開關(guān)時(shí)不易實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定流速。這2個(gè)主要問題影響了傳統(tǒng)機(jī)械式混水閥的水溫調(diào)節(jié)。

3 自力恒溫式混水閥

3.1 自力恒溫式混水閥結(jié)構(gòu)

如圖2所示，自力恒溫式混水閥結(jié)構(gòu)由閥體、閥芯、熱敏元件、調(diào)溫旋鈕和彈簧等組成，熱敏元件在混合出水口處，利用感溫原件結(jié)合閥芯移動(dòng)，改變冷熱水進(jìn)水流量。設(shè)定溫度后，不論冷、熱水進(jìn)水溫度，壓力如何變化，進(jìn)入出水口的冷、熱水比例也隨之變化，從而使出水溫度始終保持恒定，調(diào)溫旋鈕可在產(chǎn)品規(guī)定溫度范圍內(nèi)任意設(shè)定，恒溫混水閥將自動(dòng)維持出水溫度。

圖2 恒溫混水閥結(jié)構(gòu)示意圖

3.2 自力恒溫式混水閥的缺點(diǎn)

由自力恒溫式混水閥的結(jié)構(gòu)和工作原理可知，其主要問題在于閥門。國(guó)內(nèi)大部分系統(tǒng)水硬度大，水垢無法避免，因此，一段時(shí)間后，自力式恒溫混水閥基本無法正常工作。

4 自鎖式混水閥

4.1 自鎖式混水閥的結(jié)構(gòu)

由圖3可知，自鎖式混水閥是在原有的結(jié)構(gòu)上改進(jìn)的，即結(jié)合恒溫式混水閥形成新的結(jié)構(gòu)。該結(jié)構(gòu)改進(jìn)的地方主要是在混合水出口處的控制閥上。該結(jié)構(gòu)主要包括熱水管道、冷水管道、溫水管道和自鎖式控制閥門。新型混水閥是在傳統(tǒng)機(jī)械式的基礎(chǔ)上改進(jìn)后得到的，也是通過旋鈕的旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)冷熱水進(jìn)出管道的冷熱水比例，由熱敏元件實(shí)現(xiàn)恒溫控制，改進(jìn)溫水管道控制開關(guān)，即可在誤觸開關(guān)時(shí)實(shí)現(xiàn)自鎖。

圖3 自鎖式混水閥結(jié)構(gòu)

4.2 自鎖原理

熱水管道與冷水管道的結(jié)構(gòu)、水壓平衡腔室結(jié)構(gòu)、溫水管道結(jié)構(gòu)等不變，增加恒溫控制機(jī)構(gòu)，結(jié)構(gòu)主要改變?cè)陂_關(guān)控制閥處。傳統(tǒng)機(jī)械式混水閥開關(guān)主要包括內(nèi)部旋鈕、控制閥、開關(guān)控制手柄，通過旋鈕控制熱水和冷水閥門的大小，手柄上提、下壓控制開關(guān)開啟、閉合。自鎖式混水閥是在開關(guān)處做了結(jié)構(gòu)改變，它是由內(nèi)部旋鈕、開關(guān)手柄、可自鎖控制閥構(gòu)成的，即通過旋鈕控制熱水和冷水閥門，由熱敏系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)溫度恒定，手柄上提、下壓控制開關(guān)開啟、閉合。當(dāng)調(diào)節(jié)旋鈕突然發(fā)生大幅度改變時(shí)，出口處閥門會(huì)根據(jù)開啟速度實(shí)現(xiàn)自鎖，關(guān)閉混合水出口。

4.3 自鎖式混水閥的優(yōu)點(diǎn)

自鎖式混水閥結(jié)合了傳統(tǒng)機(jī)械式混水閥和自力恒溫式混水閥的優(yōu)點(diǎn)，既可以實(shí)現(xiàn)自鎖，也可以實(shí)現(xiàn)恒溫，即在實(shí)現(xiàn)溫度調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)自鎖，避免了因誤觸導(dǎo)致水溫突變引發(fā)事故。自鎖式混水閥的價(jià)格比智能式便宜。

5 結(jié)束語

自鎖式混水閥將傳統(tǒng)機(jī)械式混水閥與自力恒溫式混水閥兩者相結(jié)合，在結(jié)構(gòu)上做了優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)了機(jī)械自鎖。在沒有智能控制系統(tǒng)的電路上，將機(jī)械自鎖應(yīng)用到開關(guān)控制系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化，具體應(yīng)用還有待進(jìn)一步研究。