快速響應恆溫元件以及裝配所述元件的筒體和閥的製作方法
2023-06-22 17:13:26
專利名稱：快速響應恆溫元件以及裝配所述元件的筒體和閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種恆溫元件，其包括長形的罩，包含尤其根據溫度變化方向膨脹和收縮的材料；以及活塞，可相對於罩在罩縱向移動並且耦合至可膨脹和可收縮材料，以隨著材料膨脹或者收縮在相對方向上移動。本發明還涉及裝配此元件的恆溫筒體或者龍頭。
背景技術：
這種恆溫元件特別用於兩種不同溫度流體流混合流體的溫度調節領域，以及用於改變兩種流體流混合比例的活塞和罩的相對運動調節領域。尤其用於混合裝置龍頭筒體和混合裝置龍頭。
對於在此領域的大量應用，恆溫元件的響應必須極快，也即是說罩所處介質的溫度變化造成活塞在非常短時間內的相應運動。在浸入向衛生設備供應的水流中的恆溫元件的情況下尤其如此，對於其中的應用裝置，當選擇理想溫度時，僅僅三度或者四度的溫降也會非常不利，而升高几度可能會引起燙傷。
在這種應用中通常採用的恆溫元件例如根據圖1和2包括金屬罩1，其包括無支撐的通常為具有圓底和縱軸X-X的圓筒形的管狀部分11。底端12封閉此部分11而另一端向外延伸以連至軸環13。外套2為具有中心通道21的旋轉形狀，包括處於罩軸環中的底座22，從而除了底座22以外，外套2在與罩的圓筒部分11相對的方向上並且同軸地伸出罩。軸環13圍繞底座22鍛制。
罩的管狀部分11中填充大量隨著溫度(尤其是在作用溫度附近)變化極易膨脹和收縮的材料，這裡是蠟3。外套的底座22包括位於其正對此大量蠟的表面中的環形罩23，其中固定圓盤形並且可彈性變形、並阻擋在罩1側面上的外套中心通道21的隔板4。外套的通道21內部容納的是受到隔板中心區域運動作用的活塞5，活塞的與隔板相對的端根據蠟所佔體積進而根據蠟溫度或多或少地從外套突出。管狀保護性風箱6圍繞外套2和活塞5的部分，其端部固定在處於此兩個部分外面的槽中。形狀為柔性展開(unrolling)膜的風箱6隨著活塞運動而移動，沒有彈性形變。活塞5通過墊7和墊片8受到隔板4中心部分運動的作用，所述墊7由可變形彈性體製成，其與隔板的相對於大量蠟的表面接觸，所述墊片8由插入墊和活塞之間的聚合物例如PTFE製成，並且在通道21中調整以防止墊彈性體在活塞周圍彎曲。
DE-A-30 13 368、DE-A-34 13 466和GB-A-1 385 372描述了罩與圖1和2的罩相似的恆溫元件，即其的罩在內部限定了存儲可熱膨脹蠟的單個腔。
這種恆溫元件的總體設計非常適合於膨脹係數相對於普通液體非常大(大約大10到20倍)的蠟，因此能夠使活塞充分運動。然而，這些蠟具有非常低的導熱係數(大約比銅的低1000倍)，因此整個蠟的溫度僅僅不完整地、並且還存在較大遲滯地反映了罩浸泡其中的液體的溫度。為此，蠟中通常「填充」具有良好導熱性的材料粉末，例如顆粒尺寸合適的銅粉末。為簡化起見，下文中「蠟」用於指代填充材料和未填充混合物以及單一成份蠟。但是，所有這些辦法都不足以獲得可以不需要衛生設備中特別預防的快速響應元件。
特別是，為修正這些不足，特別在FR-A-2 775 780和EP-A-0967 536中提出了在恆溫元件罩內安裝與罩外壁接觸的金屬嵌件。此嵌件例如位於圖1和2的罩1中並與部分11和/或底部12接觸。這樣，罩外壁的熱量傳送至內部金屬嵌件要比傳送至蠟更快，然後蠟除了受到罩外壁的加熱以外還被嵌件加熱。但是安裝這樣裝配的嵌件是複雜的操作，需要特別注意以保證嵌件和罩外壁之間充分而穩定地接觸以有效地從罩向嵌件傳送熱量。
發明內容
本發明的目標在於提供一種安裝上述裝配嵌件的可選方案，以及提供一種更可靠更易製造的快速響應恆溫元件。
因此，本發明的主題為恆溫元件，包括罩，其包含可根據溫度變化方向膨脹和收縮的材料；以及活塞，其可相對於所述罩在罩軸向移動，並且所述活塞耦合到可膨脹和可收縮材料以隨著材料膨脹或者收縮在相對方向上移動，其特徵在於，所述罩被製成為單個金屬件，所述金屬件在內部限定至少兩個內腔以容納至少一部分所述可膨脹和可收縮的材料。
因為不必進行安裝裝配嵌件和固定地連接此嵌件的操作，所以使用單件金屬部件容納可膨脹和可收縮材料更容易獲得恆溫元件。此外，限定腔的罩壁通過連續的金屬材料連至罩的外表面，此金屬材料在罩的與周圍介質接觸的外部與存儲在腔中的材料之間最佳地導熱。另外，在使用中，本發明恆溫元件應用中的性能比具有安裝嵌件的恆溫元件的性能更佳，長期而言，此嵌件和罩外壁之間的接觸區有受到破壞的風險，而藉助本發明的元件，形成罩和限定腔的金屬材料在單件中受到熱的作用。
相對於圖1和2的常規恆溫元件以及在上述文獻DE-A-30 13 386、DE-A-34 13 466和GB-A-1 385 372中設想的恆溫元件，通過單件的金屬罩從本發明的元件外部向分布在腔中的可膨脹和可收縮材料傳送的熱通量大大增加，同時明顯地降低了本發明恆溫元件的響應時間。
單獨根據此恆溫元件的其它特徵或者根據所有的技術可能的組合-同一穿過所述恆溫元件的橫截面經過所述腔；-在所述橫截面中，所述腔圍繞所述罩的軸分布；-每個腔是盲腔，其在所述罩朝向所述活塞的一側開口；-每個腔在與所述罩的軸向基本平行的方向上縱向延伸；-每個腔總體為具有圓形底的圓筒形狀；-所述罩的外部側面在與所述罩的軸向基本平行的方向上基本為圓筒形；-所述罩的外部側面的基本圓筒形具有圓形底
-所述罩的外部側面的基本圓筒形狀適應所述腔的形狀；-至少80％的可膨脹和可收縮材料被存儲在所述腔中；-所述罩具有向外突出的外部肋。
本發明的另一個主體在於具有上述恆溫元件的恆溫筒體或者恆溫龍頭。
基於僅僅作為實例給出並參考附圖的下面描述，可更好地理解本發明，在所述附圖中圖1是上述已知恆溫元件的縱截面；圖2是圖1恆溫元件沿此圖中平面II-II的橫截面；圖3、5、7和9是根據本發明的恆溫元件四個不同實施例的與圖1相似的視圖；以及圖4、6、8和10分別是圖3、5、7和9的恆溫元件分別沿這些圖的面IV-IV、VI-VI、VIII-VIII和IX-IX的橫截面。
具體實施例方式
圖1和2的已知恆溫元件在上面已經進行了描述，這裡不再詳細描述。為簡便起見，本發明恆溫元件對應已知元件的部件採用相同的附圖標記。
和已知的恆溫元件相同，圖3到10中表示的恆溫元件設計為安裝至龍頭筒體或者恆溫龍頭上，並且包括-金屬罩1，其沿中心軸X-X延伸，具有長形無支撐的部分11，並填充有大量基本可膨脹和收縮材料3，例如蠟，並且在一端裝配封閉的橫向底壁12而另一端向外延伸以連至軸環13，以及-外套2，其為具有中心通道21的旋轉形狀，並包括處於罩軸環中的底座22，軸環13圍繞底座22鍛造而成，並且罩和外套沿軸X-X在相反方向上軸向延伸。
圖3到10的恆溫元件還包括可彈性變形的隔板4、活塞5、和保護性風箱6，所述活塞5通過墊7受到隔板中心區域運動作用，活塞5和墊7之間插入有墊片8。因為前面已經參考附圖1和2解釋了這些部件，所以這裡不再詳細描述。
現在轉向和圖1和2元件的不同，並更詳細地考慮圖3和4的實施例，罩1單件形成，其內限定四個不同圓筒腔14A，在這些腔內部存儲大部分蠟3，而在外部，罩包括基本圓筒狀的側面11A，所述側面11A以軸X-X為中心、且具有圓底。每個圓筒腔14A在基本上與軸X-X平行的方向上縱向延伸。每個腔在橫向上通過由金屬罩1的無支撐的部分11組成的壁封閉。此外，每個腔14A的其中一個縱端由罩的底壁12封閉，而在其相對的端部腔14A在軸環13軸向地向隔板4開放。
有利地是，將多於80％甚至90％的蠟3存儲在腔14A中。
腔14A例如在設計為形成罩1的固態金屬桶中製造，完成之後，進行加工、模鍛或者相似的操作。
在操作中，當由於外部介質溫度突然升至至θ1從而圖3和4的恆溫元件從稱為「冷態」的第一狀態變為加熱態時，其中在冷態中其蠟3具有等於外部介質例如從混合裝置龍頭筒體所排出混合水的溫度θ0的均勻溫度，產生從外部介質到罩1以及從罩1到熱膨脹蠟3的熱通量，直到經過時間Δ恆溫元件特別是其蠟3達到外部介質新的熱溫度θ1的均勻溫度。熱量在整個罩1的金屬中非常迅速地傳導，具體一直到達限定內腔14A的罩壁。蠟3的溫度從θ0提高至θ1後，其膨脹並且因為罩1/外套2組件不可變形蠟3通過膨脹變形，隔板4又使墊7變形，後者在外套的通道21中移動墊片8和活塞5。因此，外部介質的溫度突然上升會使活塞5在經過實踐中稱為「響應時間」的時間Δ後離開外套2。
到達可熱膨脹蠟3的熱通量越大，則此響應時間越短。因為罩1材料的導熱係數比蠟的更好，所以上述熱通量基本取決於溫度θ0和θ1之差、蠟3和罩之間的接觸面積以及橫截面上罩和任何蠟顆粒之間的最大距離。更準確地，熱通量隨著差θ0-θ1以及接觸面積的值增加，但是隨著最大的罩/蠟距離減小。在圖1和2中，為了更明顯，以虛線表示的接觸面積以S標記，而最大的罩/蠟距離以e表示。在圖3和4中，所考慮的接觸面積對應限定四個腔14A的壁與蠟之間以SA表示的四個單獨接觸面積的總和，最大的罩/蠟距離以eA表示，注意此距離在每個腔室14A相同。
在圖3和4的恆溫元件中，對於相同的蠟容積和罩長度，接觸面積SA的總和大於與圖1和2的常規恆溫元件相關的接觸面積S，而距離eA小於距離e。因此圖3和4恆溫元件的響應時間明顯小於圖1和2元件的響應時間。
在圖5和6的實施例中，和圖3和4一樣，恆溫元件的金屬罩1內部限定容納大部分蠟3的四個圓筒內腔14B。和腔14A不同，腔14B的橫截面並不是嚴格的圓形，而是形成點指向軸X-X的液滴形狀。和圖3和4罩的外部側面不同，圖5和6的罩1的外部側面11B適應腔14B的形狀，即在橫截面中具有通常為四葉苜蓿形狀的四葉輪廓。換言之，沿著罩的邊界，面11B和限定相應腔14A的相對的壁之間的金屬厚度基本上不變。
在圖7和8的實施例中，和圖3和4一樣，罩1的外部側面11C總體為具有圓形底的圓筒。另一方面，和圖3到6的實施例不同，形成圖7和8的罩1的整塊金屬部分僅僅限定存儲蠟3的兩個內腔14C。這兩個腔通過在罩1直徑平面上延伸的平隔離板15相互隔開，所述平隔離板15以和此實施例中為圓筒形的無支撐的部分11以及底壁12中的罩剩餘部分相同的材料單件製成。
在圖9和10的實施例中，包括無支撐的部分的罩1，所述無支撐的部分在外部為具有圓形底的圓筒狀、在內部限定存儲蠟3的四個腔14D。在橫截面中，這些腔不象圖4和6具有圓形或者小滴形狀的輪廓，而是具有對應罩1無支撐的部分11圓形截面的部分的輪廓。特別是除了部分11的管狀壁和底部12以外，還通過罩內部的兩個隔離板限定腔14D，所述隔離板和圖7和8的隔離板15類似、並以和罩剩餘部分相同的材料單件製成，其沿罩的直徑平面相互垂直地分別延伸。此外，罩的無支撐的部分11具有肋16，其從側面11D向外突出延伸並設計為與恆溫元件外部的介質接觸。
圖9和10的實施例與前面實施例的不同之處還在於其沿軸X-X的罩1較短。作為實例，此罩的長度即沿軸X-X的尺寸與其直徑基本上相等。
可自然地想到上述恆溫元件的各種變化和修變。特別是，可提供適應於恆溫元件特別應用的不同尺寸，以及差別很大的腔形狀。相似地，可想到罩的各種幾何形狀，而罩的外部側面具有更多平面、下陷和/或圓頂或者其長度小於直徑。
權利要求
1.一種恆溫元件，包括罩(1)，其包含可根據溫度變化方向膨脹和收縮的材料(3)；以及活塞(5)，其可相對於所述罩在罩軸向(X-X)移動，並且所述活塞耦合到可膨脹和可收縮材料以隨著材料膨脹或者收縮在相對方向上移動，其特徵在於，所述罩(1)被製成為單個金屬件，所述金屬件在內部限定至少兩個獨立的內腔(14A；14B；14C；14D)以容納至少一部分所述可膨脹和可收縮的材料(3)。
2.根據權利要求1的恆溫元件，其特徵在於，同一穿過所述恆溫元件的橫截面(圖4；6；8；10)經過所述腔(14A；14B；14C；14D)。
3.根據權利要求2的恆溫元件，其特徵在於，在所述橫截面中，所述腔(14A；14B；14C；14D)圍繞所述罩(1)的軸(X-X)分布。
4.根據前述權利要求中任一項的恆溫元件，其特徵在於，每個腔(14A；14B；14C；14D)是盲腔，其在所述罩(1)朝向所述活塞(5)的一側開口。
5.根據前述權利要求中任一項的恆溫元件，其特徵在於，每個腔(14A；14B；14C；14D)在與所述罩(1)的軸向(X-X)基本平行的方向上縱向延伸。
6.根據前述權利要求中任一項的恆溫元件，其特徵在於，每個腔(14A)總體為具有圓形底的圓筒形狀。
7.根據前述權利要求中任一項的恆溫元件，其特徵在於，所述罩(1)的外部側面(11A；11B；11C；11D)在與所述罩的軸向(X-X)基本平行的方向上基本為圓筒形。
8.根據權利要求7的恆溫元件，其特徵在於，所述罩(1)的外部側面(11A；11C；11D)的基本圓筒形具有圓形底。
9.根據權利要求7的恆溫元件，其特徵在於，所述罩(1)的外部側面(11B)的基本圓筒形狀適應所述腔(14B)的形狀。
10.根據前述權利要求中任一項的恆溫元件，其特徵在於，至少80％的可膨脹和可收縮材料(3)被存儲在所述腔(14A；14B；14C；14D)中。
11.根據前述權利要求中任一項的恆溫元件，其特徵在於所述罩(1)具有向外突出的外部肋(16)。
12.一種恆溫筒體或者恆溫龍頭，其裝配有根據前述權利要求中任一項的恆溫元件。
全文摘要
一種恆溫元件，包括罩(1)，其包含可根據溫度變化方向膨脹和收縮的材料(3)；以及活塞(5)，其可相對於所述罩在罩軸向(X－X)移動，並且其耦合到可膨脹和可收縮材料以隨著材料膨脹或者收縮在相對方向上移動。為了簡單可靠地減少元件響應時間，所述罩(1)被製成為單個金屬件，所述金屬件在內部限定至少兩個獨立的內腔(14A)以容納至少一部分所述可膨脹和可收縮的材料(3)。
文檔編號G05D23/02GK101084477SQ200580043685
公開日2007年12月5日 申請日期2005年12月19日 優先權日2004年12月20日
發明者G·J·A·勒克朗謝, C·梅斯 申請人:韋內特公司