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新一代恒温调节阀的改进与应用
一、当前国内外同类先进技术概况
恒温混水器也可称之为恒温调节阀、温控水嘴，习惯叫做恒温水龙头。它的起源可追溯到古老传统的以橡胶垫密封，并采用螺旋升降式单水流开关水龙头，混水使用时必须有两个单水流开关水龙头分别控制冷热水的开关与流量，通过在两个水龙头输出的连接水管中进行冷热水试配混合，配比过程复杂且使用中断后再次用水须重新调配。 费时费水且不安全的缺点昭然若揭，但结构简单，价格低廉，经济实用是其优点，因此在水暖领域有着悠久的应用历史，是终端用水设备的鼻祖，我们称之为第一代水龙头。二十世纪七十年代国际上的各著名卫浴公司先后采用平面陶瓷片作为水龙头开关的动态密封介...全部
新一代恒温调节阀的改进与应用
一、当前国内外同类先进技术概况
恒温混水器也可称之为恒温调节阀、温控水嘴，习惯叫做恒温水龙头。它的起源可追溯到古老传统的以橡胶垫密封，并采用螺旋升降式单水流开关水龙头，混水使用时必须有两个单水流开关水龙头分别控制冷热水的开关与流量，通过在两个水龙头输出的连接水管中进行冷热水试配混合，配比过程复杂且使用中断后再次用水须重新调配。
费时费水且不安全的缺点昭然若揭，但结构简单，价格低廉，经济实用是其优点，因此在水暖领域有着悠久的应用历史，是终端用水设备的鼻祖，我们称之为第一代水龙头。二十世纪七十年代国际上的各著名卫浴公司先后采用平面陶瓷片作为水龙头开关的动态密封介质（俗称陶瓷阀芯水龙头），改变了传统水龙头采用橡胶垫密封可靠性差，使用中浪费水资源的缺点，而利用陶瓷动定两片密封面的孔槽移位，对冷热进水孔的控制形成了互为反比开启的逻辑关系，并在陶瓷动片回水槽内进行冷热进水的混合比例调配，实现了用单一手柄可对冷热两路供水的混合比例进行手动调节与开关。
该项技术的诞生堪称是跨世纪的终端用水设备的革命。节水、方便、可靠性高的特点已被全世界所公认，八十年代末期该技术进入我国市场，现已被指定为节水型用水设备，因此可定义为第二代水龙头。
恒温混水龙头始于国外卫浴公司在上世纪末推出的新一代终端洗浴用水设备，其工作原理是利用装置在冷热水混水器具内具有热胀冷缩物理特性的热敏感温元件（不同品牌选用不同的类型热敏感温元件及温控方式），通过对混合水输出温度变化的检测，按人为预先设定的用水温度值，实现混水器对冷热进水口开启间隙的自动调控，从而迅速调整所需冷热水的混合配比，达到恒定混合水温的目的。
节水、便捷、安全、舒适、环保节能的使用效果无庸质疑。具有自动控制出水温度混水龙头的出现，标志着第三代水龙头的诞生。然而由于跨行业技术含量的渗入，且关键技术还有待完善以及因其市场普及率较低，尚不能大批量生产而导致制造成本居高不下，由此造成恒温混水龙头的应用领域和应用对象受到了很大程度的局限，多年来只能徘徊在供水环境较好的高端市场。
在高额利润的驱使下，本世纪初国内几家卫浴公司在对国外恒温混水龙头逻辑原理结构不做丝毫改进的情况下，仅仿制或改变其外观特征，步了国外相关技术的后尘，从而加大了第三代水龙头普及推广的难度。
二、产品的定位与创新
本研制工作的面向对象是以太阳热水器为应用背景，针对手动调节混水龙头冷热水混合过程是在陶瓷密封开关动片的混水孔中完成的设计，当冷热供水存在高压力差时，混水孔中冷热水的流向将形成相互挤压和对撞的物理状态，以及带有单向止回阀的恒温混水龙头因采用止回阀取代进水控制开关，当冷热供水存在高压力差时，导致其动态性能的下降等设计缺陷，从而造成的产品应用可靠性低、适应性差且无法在低压力热水输出的落差式太阳热水器上正常使用的现状。
经过实用型创新的冷热水同步开关恒温混水器（为加以区别，本产品的研制名称为冷热水同步开关恒温混水器简称恒温混水器）从结合我国客观的用水环境，以彻底解决太阳热水器在实际应用中存在难以克服的技术难题为目标，使太阳热水器应用系统更加成熟与安全，冷热水同步开关恒温混水器必将逐步成为太阳热水器系统应用中不可或缺的重要组成部件。
（1） 产品的主要技术内容
1。使用自主设计研制的冷热水双控陶瓷片密封同步开关作为恒温混水器的冷热进水开关，以取代普通恒温混水龙头必须由两个单向止回阀与一个单水流陶瓷密封开关三个配件组合而成的用水开关系统。
将冷热进水控制开关设置在恒温控制器的前端，改变普通恒温混水龙头在恒温控制器前端不设进水控制开关，仅在混合水输出口设置开关的设计缺陷。密封陶瓷定片起着连接恒温混水器主体中冷热供水的通路，密封陶瓷动片的旋转限位的设定则是实现了冷热供水的同步开启与关断。
陶瓷定片采用形状对称两组四孔的设计，陶瓷动片与定片紧密结合的平面端含有两个几何形状完全对称，相位相差180°的双水路回水槽，使用时，在限位装置与开关手柄的作用下，密封陶瓷动片将在90°的范围内往返转动，形成密封陶瓷动、定片之间槽与孔的相对错位，槽、孔对齐双路水开，槽、孔分离双路水关，从而精确的完成了对双路进水的同步控制。
2。改进恒温混水器阀体的进出水结构，在恒温混水器主体内设计出四路双进双出不同流向的通水孔，以实现恒温混水器与陶瓷密封开关定片的功能连接，确保在恒温混水器内可彻底关断冷热进水的功能实现。采用汽车节温器温控专用的热敏感温元件作为恒温控制核心，依据热胀冷缩的物理特性，使用全机械式自动混水调节装置，用低压力热水触发高压力冷水供水的开启与关断，以混合水的温度变化控制高压冷水进入混水器内的精确流量为前提；使用中不仅有效遏制了高压力冷水向低压力热水管路倒流的现象，同时实现了恒温混水器自动调节冷热进水的混合比例，最终达到恒温出水的目的。
停用时，由于恒温混水器的冷热供水口均被同步开关所关闭，因此，无论冷热供水管路间的压力差大小与否，绝无漏水倒流的现象 。
3。通过对双控陶瓷片密封同步开关动定陶瓷片通水流向的结构设计，恒温混水器的同步开关逻辑功能可分为冷热水同步开关及热水与混合水同步开关两种开关控制模式，其中后一种开关模式，巧妙地解决了在恒温混水器主体冷热进水口跨度超过100mm间距的状况下，仅在混水器左端同步控制冷热两路供水的技术难题，具了解国内外恒温混水龙头生产企业在工艺设计中尚无先例。
4。采用将冷热水双控开关密封陶瓷片在铜质混水器阀体内直接安装的嵌入式结构，控水开关总成内无任何塑料构件，提高了其在超高温热水使用中的可靠性。经试验证实：该同步开关可在100℃沸水中浸泡20分钟后仍能保证其良好的密封开关特性，由此，改写了陶瓷混水阀芯最高８５℃使用限制温度的历史。
5。根据用户卫生间冷热供水管路的结构情况及用户的特殊需求，冷热水同步开关恒温混水器可根据供水管路的走向形式（墙内、墙外）分为明管明装型、暗管明装型和暗管暗装型三种不同安装方式的产品类型。明管明装型的安装十分简便，由于冷热进水接口采用明管软连接的方式，恒温混水器进出水的连接方式可以上下对换；暗管明装型则需要通过附件配备的一对安装变距接头，与浴室墙体内置冷热供水管路接口相连，因而可十分方便的对原有冷热进水口间距在100—150mm的常规手动式冷热水混水龙头进行替换，针对供水水质较差的环境，以及落差式太阳热水器热水输出口位于储水罐底部，热水输出时容易携带过量水垢的特点，在变距接头上设有两个关键性的附加功能：一是水质过滤器，二是用户在清洗水质过滤器时需要关断冷热供水的手动开关。
其更为重要的作用在于：当供水环境出现冷热供水压力差过大的现象时，可借助手动开关的调整，用以限制高压力供水的有效输出流量，从而确保了恒温混水器可在冷热供水高压差的条件下具备稳定运行的能力；暗管暗装型的整体结构分别由墙内安装预埋件、恒温混水器总成和装饰面板三部分组成，进出水的三个接口采用软连接方式，其安装墙体的表面仅有装饰面板与两个功能旋钮，使用两根螺栓即可完成对恒温混水器整体的安装与拆卸。
为确保恒温控制器的可靠工作，三种类型的恒温混水器均设有可便于日常清洗的冷热水质过滤器，且在拆卸清洗过滤器时均无须关断冷热供水管路总阀门。（2）冷热水同步开关恒温调节阀的主要应用指标
通过恒温混水器上的温度设定旋钮可随意选择洗浴水温，且一次设定后反复用水温度不会改变。
在使用中无论是冷热供水的水温变化还是供水压力的突变，都将引起混合水输出温度的变化，恒温控制器会根据混合水温度变化的幅度，及时改变冷热进水口的开启比例，迅速调整冷热供水进入混水器中的流量差，由此保证了恒定混合水的温度。
实际测试表明：冷热水同步开关恒温混水器能够在冷热供水之间存在8倍压力差的环境中正常工作（借助冷水限流开关可忽略冷热供水压力差的影响）。使用中先将温度设定旋钮旋至所需温度值，开启冷热水同步开关，恒温混水器会自动排掉热水管路中的剩余冷水，待热水进入混水器后恒温控制器启动工作，只要热水输入温度达到洗浴水温设定值，即可放心用水，无须等待热水输入温度进入相对稳定的状态。
用水过程中可反复开关冷热水同步开关，直至将落差式太阳热水器储水罐中的高温热水全部用完，输出水温始终不会改变。当冷水供水在4～25℃、热水供水在50～90℃范围内变化时，冷热供水压力交互式变化50％时（交错开启冷热供水同管线上的其它分支用水），混合水输出温度变化偏离原设定38℃参考值±2℃。
当热水供水压力≥0。05Mpa时，其热水的单独输出流量≥7。5L/分钟（落差式太阳热水器在低温热水输出时的重要指标）．使用中一旦冷水失供，恒温混水器将迅速自动关闭热水进水口，切断了单一热水的输出，其关闭热水输出的响应时间分别为：当热水供水温度在90℃以上其关闭热水的响应时间应＜1秒；供水温度≥ 60℃时，应＜2秒钟关闭热水输出。
该防烫功能的实现，针对太阳热水器的安全使用就显得尤为重要。
（3）产品与国内外已有同类先进技术全面对比情况：
目前卫浴市场上广泛采用装有单向止回阀结构的国内外恒温混水龙头，因其在结构上存在设计缺陷而无法在低水压落差式太阳热水器上推广应用的现状，其原因在于普通恒温混水龙头无一例外采用以控制混合水出水的单一开关模式（准确的技术定义为：进入恒温混水龙头的冷热进水端口没有设置用水开关，停用断水的开关是设置在混水龙头的出水口），实现对恒温混水龙头冷热水供水的开启与关断。
由于恒温控制器调节活塞连接着冷热进水的端口，在恒温混水龙头内部已形成了物理上的连接。因此，在关断混合水的输出后，恒温水龙头处在停用状态时，为防止因冷热供水的压力差而形成漏水回流现象（高水压一端的水位流向低水压一端称之为回流）。
又都无一例外的在恒温混水龙头的冷热进水口处，分别加装了单向止回阀（正向供水导通，反向回流水被截止）。并在冷热供水存在压力差的情况下，仅是借助物理现象实现冷、热单一供水端口的关闭功能。单向止回阀的使用，正是阻碍恒温混水龙头在低水压热水输出的落差式太阳热水器上推广应用的重要原因。
单向止回阀在恒温混水龙头使用中存在的缺陷
1。每只单向止回阀安装在恒温混水龙头通路中必须配备两道 “O”形密封橡胶圈，其中外圆橡胶圈用于单向止回阀与进水管道内壁之间的密封。内圆橡胶圈用于单向止回阀实现控制反向水流的密封。
由于橡胶密封圈功能的实现在于其受外力的挤压，所以，当单向止回阀与进水管内壁之间存在空隙或水垢杂物在单向止回阀密封口处的沉积，以及冷热供水在单向止回阀两端形成的压力差较小时，两道密封橡胶圈都会因受挤压力的减小或异物的遮挡，而降低密封特性造成冷热供水之间漏水回流现象，由此可见单向止回阀在恒温混水龙头上的应用，无疑将在恒温混水龙头的使用中埋下了不可预计的技术隐患。
2。 一旦恒温混水龙头内的单向止回阀产生漏水回流现象，将是长期不间断的，使用者无法察觉，不仅导致冷热供水管网的用水混乱，更会使用户蒙受无法预料的经济损失。
3。 针对落差式太阳热水器超低压力热水输出的现象，单向止回阀在恒温混水龙头热水进水口的设置，无疑增大了热水供水水路的水阻。
4。 在冷热供水压力差较大的使用环境中，恒温混水龙头内低水压一端的单向止回阀，会受高水压供水一端动态压力的制约而不能完全开启，由此造成低水压供水一端进水不畅或断流的现象。反映在落差式太阳能热水器上的症状为：热水不能正常输入至恒温混水龙头中。
5。带有单向止回阀的恒温龙头中在使用时，当混合水输出流量发生变化时，混合水的输出温度将发生明显的偏离。其原因是恒温控制器中的温控阀塞在对冷热进水比例进行调整的同时，冷热进水口的两个单向止回阀也将随同流量的变化改变各自的开启间隙，由此形成三个进水调节阀塞对冷热进水比例进行调控，单向止回阀存在低压力及小流量开启特性差的症状，势必引起混合水输出温度的明显漂移。
6。采用塑料材质骨架及使用常规丁晴橡胶作为密封介质的单向止回阀。其极限使用温度仅有80℃，面对太阳热水器具有近100℃超高温热水输出的使用环境，其耐高温性和抗老化指标难以得到保证。
7。
采用单向止回阀作为恒温混水龙头内冷热进水口处非物理的逻辑开关，使水龙头在利用陶瓷片密封技术这一跨世纪的行业革命，回退到原始采用橡胶垫密封控水的使用年代。
由此可见，单向止回阀在恒温混水龙头中的使用，致使其的实际应用领域受到了很大程度的局限。
例如，在太阳热水器领域及冷热供水的温度与供水压力差变化较大的环境中，原本可以充分体现出恒温混水龙头的使用优势，但却因安装了单向止回阀而无法一显身手。
本研制技术的成果与国内外已有同类先进技术全面对比集中反映在：发现了国内外恒温混水龙存在技术设计的缺陷，提供了解决症结的有效方案，确保了恒温混水器在各种恶劣供水环境使用中的可靠性，降低了混水器内的动态水阻，改善了恒温混水器在高压力差冷热供水环境中的适应能力，解决了恒温混水龙头在低水压热水输出的落差式太阳热水器上不能正常使用的难题。
提高了产品的耐高温性能，保证了安全用水的必要性，增加了产品必备的辅助功能，丰富了混水器的应用类型，适应了各种安装环境的需求，拓宽了应用的领域，最终完成了对恒温混水器作为第三代绿色节能节水设备的关键性技术改造与创新。
（4）产品的应用与推广前景
太阳热水器作为新一代家庭用水中心的推广，产品在功能设计上还存在着明显的技术盲区，这些无法解决的技术难题，也是太阳热水器的设计者在完善其产品功能方面所留下的遗憾。
一个成熟产品的普及应用，离不开跨领域多学科综合技术的融合与补充。通过对最具有复杂用水环境的落差式太阳热水器进行使用与分析，归纳出以下四点弊端：
一、太阳热水器的使用分析
1。 热水生成周期长
太阳热水器采用罐装储水的加热方式，其热水输出的产出量，受热水器储水罐容积的限制，一旦热水耗尽在短时间内无法实现热水再生。
因此，在洗浴中选择节约型的终端用水设备，是提高太阳热水器罐装储水中有限热水资源得以充分利用的唯一有效途径。
2。 热水输出压力低
落差式太阳热水器受安装高度的限制，热水输出压力通常比冷水供水压力低数倍甚至十几倍（热水输出压力通常只有0。
03～0。05Mpa；冷水压力一般均在0。15～0。4Mpa）。使用时若采用常规手动调节混水龙头则很难掌握调试混合水温的冷热进水比例，无法获得续稳定用水的水温，尤其当冷水供水压力过高，且又未在混水器冷水进水端加装减压限流装置的情况下，调试中稍有不慎，极易造成冷水向热供水管路中倒流 。
3。 热水输出温差大
太阳热水器的热水输出温度受季节、气候、气温和日照条件等综合因素的影响，热水输出温度变化幅度过大 。此外，落差式太阳热水器的热水输出压力会随储水罐中用水的水位下降而逐渐减小，输出水温则会随热水用量的持续而逐渐上升。
承压式太阳热水器的输出水温则会随着热水用量的增加而逐渐下降。在气温较高日照充分的时段，使用过程中的热水输出温差可达50℃以上。若是使用常规手动调节洗浴水温，必然形成每天用水每天调，边用边调的现象。
4。 热水输出温度高
由于太阳热水器内热水加热的上限温度不能人为设定与控制，超高温热水输出的现象难以避免。酷暑烈日之时输出温度经常在95℃以上，承压式太阳热水器储水罐中的带压温度将大于110℃。
因此，安全使用太阳热水器已成为人们十分关注的问题。
上述四点缺陷，集中反映了太阳热水器在实际应用中存在的关键性技术难题，而能否寻求一个简单有效的解决方案，正是人们期待已久的愿望。鹤山市汉特科技发展有限公司力尽难题的攻坚和技术探索及对太阳能热水器市场的广泛调研，以开发出可适用于各种不同供水环境与安装环境的冷热水同步开关恒温混水器（首次产品专利申请号：2003201216871、外观设计专利号：ZL200530143513、PCT国际专利提交注册号 ：PCT/CN2006/002228 ），经过在落差与承压式太阳热水器上为期三年的实际应用与良好的市场反馈结果证实：用冷热水同步开关恒温混水器取代常规手动调节混水龙头作为太阳热水器的终端用水设备，即可达到事半功倍的效果。
由于该恒温混水器具有免调试用水的优势、限温与防烫的保护功能、防倒流特性及自动水温调节功能，针对性的填补了落差式太阳热水器在使用中存在着高水温、高温差、低水压三项难以克服的技术盲区。因此，冷热水同步开关恒温混水器作为太阳热水器的终端用水设备，将是太阳热水器实现舒适和安全用水最为简便又经济的解决方案。
通过对冷热水同步开关恒温混水器的设计原理的分析与实验数据的结果表明：该产品是一款具有提高用水质量，确保用水安全及节水、不受用水条件限制的新型终端用水设备。面向对象不仅仅局限于太阳热水器的领域，对于其它各类形式的热水器以及城市密集供水的用水环境更具有广泛的实用性。
该恒温混水器在太阳热水器上的成功应用，不仅彻底消除了太阳热水器在实际应用中存在的“人机界面不友好”、“节能不节水”等负面影响。也为太阳热水器安全应用标准的制定提供了参考依据。冷热水同步开关恒温混水器为太阳热水器实现舒适和安全用水的同时，也是对恒温混水龙头这一泊来品进行了适合我国用水现状的本土化技术改进和创新，更是党中央倡导建设节约型社会宏伟规划所赋于科技发展企业和科技工作的神圣历史使命。
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