1、 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http:/文 章 编 号 : 1005 0329 (2008) 07 0052 03两 种 太 阳 能 热 水 器 水 流 控 制 阀 设 计赵 庆 双 ,王 存 荣 ,丁 明 成(山 东 聊 城 职 业 技 术 学 院 ,山 东 聊 城 252000)摘 要 : 针 对 现 有 太 阳 能 热 水 器 的 水 流 控 制 阀 易 造 成 冻 管 、 费 水 、 倒 桶 三 大 弊 端 ,介 绍 了 两 种 太 阳 能 热 水
2、 器 水 流 控 制 阀的 原 理 和 结 构 ,阀 片 式 控 制 法 通 过 上 下 阀 片 的 相 对 转 动 和 移 动 实 现 水 流 控 制 ;套 管 式 控 制 阀 通 过 内 管 与 外 管 的 相 对 转 动与 移 动 实 现 水 流 控 制 ,均 有 效 地 克 服 了 以 上 弊 端 。 而 且 结 构 合 理 ,功 能 可 靠 ,便 于 制 造 与 使 用 ,宜 于 推 广 。关 键 词 : 热 水 器 ;控 制 阀 ;阀 片 式 ;套 管 式中 图 分 类 号 : TK037 文 献 标 识 码 : ATwo D esign s for W a ter Con tro
3、lling Va lve Ba sed on W a ter Push ing M anner Used in SolarEnergy Hea terZHAO Q ing2shuang, WANG Cun2rong, D INGM ing2cheng(L iaocheng Vocational and Technical College, L iaocheng 252000, China)Abstract: W ater controlling valves in stock used in solar energy heater cause easily three defects: wat
4、er p ipe frost cleft, waterwasted and bucket fall down. The design of two water controlling valves was introduced, the valve p late controlling valve controlscurrent by relatively turn or move the upward and downward p late; the sleeve p ipe controlling valve by the inner and outer p ipe.A ll have o
5、vercome effectuallys above - mentioned. It is reasonable in structure, reliable in function, convenient for manufactureand use, suitable to popularizing.Key words: water heater; controlling valve; valve p late style; sleeve p ipe style1 前 言目 前 市 场 供 应 的 太 阳 能 热 水 器 水 流 控 制 阀 因上 冷 水 与 下 热 水 是 单 独 进 行
6、 的 ,即 用 完 热 水 再 单独 加 冷 水 ,因 而 带 来 如 下 缺 憾 :上 (冷 )、 下 (热 )水管 长 期 存 水 ,冬 季 易 导 致 楼 顶 部 分 水 管 的 冻 裂 ,这是 目 前 冬 季 太 阳 能 热 水 器 维 修 的 主 要 方 面 ;洗 浴时 须 先 放 掉 下 水 管 中 的 凉 水 ,等 热 水 出 来 才 能 洗浴 ,这 导 致 水 资 源 的 浪 费 ;由 于 用 完 热 水 再 加 冷水 ,楼 顶 储 水 桶 有 干 桶 的 时 候 ,这 既 有 晒 爆 真 空 管的 可 能 ,也 有 装 置 被 大 风 吹 到 的 危 险 。 为 了 克 服以
7、 上 缺 憾 ,研 制 了 两 种 顶 水 式 新 型 太 阳 能 热 水 器水 流 控 制 阀 ,此 两 种 控 制 阀 结 构 简 单 ,体 积 小 ,易于 制 造 ,操 作 方 便 ,功 能 可 靠 ,均 获 得 国 家 专 利 。由 于 我 国 是 热 水 器 使 用 大 国 ,因 此 这 两 种 水 流 控制 阀 均 具 有 广 阔 的 应 用 前 景 。2 阀 片 式 太 阳 能 热 水 器 水 流 控 制 阀 原 理阀 片 式 太 阳 能 热 水 器 水 流 控 制 阀 结 构 如 图 1所 示 。 该 阀 由 上 、 中 、 下 三 个 紧 密 配 合 的 圆 形 阀 片组 成
8、 ,外 包 阀 体 (未 画 出 )。 上 阀 片 上 有 三 个 柱 销插 入 中 阀 片 的 相 应 小 孔 ,通 过 控 制 手 柄 可 实 现 中阀 片 的 顺 、 逆 时 针 (左 、 右 )水 平 旋 转 (自 手 柄 中 间位 置 左 右 各 40 )和 里 外 (正 面 看 )错 动 。 下 阀 片与 阀 体 相 对 固 定 ,通 过 进 冷 水 孔 、 上 冷 水 孔 、 下 热水 孔 、 喷 头 孔 经 阀 体 与 外 面 管 道 相 通 。结 合 图 1和 图 2 (实 线 表 示 的 下 阀 片 上 面 与虚 线 表 示 的 中 阀 片 下 面 的 配 合 )。 如 图
9、 2 ( a)所示 ,当 手 柄 处 在 “ 里 ” 位 置 (靠 近 操 作 者 )且 在 中间 位 置 即 设 有 小 拐 角 的 矩 形 混 水 槽 处 在 垂 直 位 置时 ,进 冷 水 孔 来 的 冷 水 进 入 冷 水 槽 后 ,一 部 分 经 混水 槽 直 接 到 达 混 水 槽 孔 ;另 一 部 分 经 冷 水 导 槽 、 排收 稿 日 期 : 2008 01 1125 FLU ID MACH INERY Vol136, No107, 2008 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All r
10、ights reserved. http:/空 槽 下 端 较 深 孔 、 上 冷 水 孔 、 上 水 管 至 储 水 桶 ,储水 桶 热 水 被 顶 出 后 ,经 下 热 水 管 、 下 热 水 孔 也 到 达混 水 槽 孔 ,从 而 在 混 水 槽 孔 内 形 成 混 合 的 温 水 ,经至 喷 头 孔 从 喷 头 喷 出 。图 1 阀 片 式 太 阳 能 热 水 器 水 流 控 制 阀 原 理图 2 控 制 阀 开 关 位 置 示 意手 柄 自 中 间 位 置 顺 时 针 (向 左 )转 动 ,则 冷 水 槽中 的 冷 水 经 混 水 槽 直 接 进 入 混 水 槽 孔 的 冷 水 增
11、多 ,而 冷 水 导 槽 与 冷 水 槽 的 正 对 面 积 减 小 ,经 冷 水 导槽 、 排 空 槽 下 端 较 深 孔 、 上 冷 水 孔 、 上 水 管 至 储 水 桶的 冷 水 减 少 ,储 水 桶 被 顶 出 热 水 减 少 ,经 下 热 水 管 、下 热 水 孔 进 入 混 水 槽 孔 的 热 水 就 减 少 ,因 而 混 水 槽孔 的 水 温 下 降 ,直 至 手 柄 顺 时 针 左 转 到 极 限 位 置+ 40 ,混 水 槽 孔 内 全 部 为 冷 水 ,如 图 2 (b)。同 理 ,手 柄 自 中 间 位 置 逆 时 针 (向 右 )转 动 ,则混 水 槽 孔 的 水 温
12、 上 升 ,直 至 手 柄 逆 时 针 右 转 到 极 限位 置 - 40 ,混 水 槽 孔 内 全 部 为 热 水 ,如 图 2 ( c)。如 图 2 ( d) ,当 洗 浴 完 毕 时 ,将 手 柄 “ 外 ” 推 ,此 时 冷 水 导 槽 、 混 水 槽 均 与 冷 水 槽 脱 离 接 触 ,进 冷水 孔 来 的 自 来 冷 水 被 封 闭 在 冷 水 槽 内 ;同 时 ,混 水槽 与 排 空 槽 连 通 ,上 冷 水 管 内 的 冷 水 在 重 力 作 用下 经 上 冷 水 孔 、 排 空 槽 、 混 水 槽 、 混 水 槽 孔 至 喷 头喷 出 (上 冷 水 管 与 储 水 桶 联
13、结 处 设 有 单 向 阀 ,储 水桶 的 水 不 能 下 流 ) ,实 现 冷 水 管 的 排 空 ;下 热 水 管(与 储 水 桶 联 结 同 普 通 溢 水 管 ,无 需 单 向 阀 )的 剩水 也 在 重 力 作 用 下 经 下 热 水 孔 、 混 水 槽 孔 至 喷 头喷 出 ,实 现 了 热 水 管 的 排 空 。 排 空 水 仍 是 温 水 ,可作 最 后 冲 洗 。排 空 槽 、 冷 水 导 槽 、 混 水 槽 、 冷 水 槽 等 槽 、 孔 的尺 寸 、 形 状 是 经 过 近 百 次 实 验 后 确 定 的 ,以 保 证 通水 控 制 、 通 水 量 等 参 数 的 合 理
14、 性 及 可 靠 性 。由 于 阀 片 式 太 阳 能 热 水 器 水 流 控 制 阀 中 排 空槽 、 混 水 槽 等 槽 、 孔 的 设 计 ,实 现 了 上 、 下 水 管 在 非洗 浴 状 态 时 的 排 空 ,避 免 了 冬 季 冻 裂 水 管 的 危 害 ;由 于 一 加 冷 水 便 出 热 水 ,避 免 了 放 冷 水 造 成 的 水资 源 浪 费 ;由 于 储 水 桶 处 于 常 满 水 状 态 ,还 避 免 了晒 爆 真 空 管 和 装 置 被 大 风 吹 到 的 危 险 。3 套 管 式 太 阳 能 热 水 器 水 流 控 制 阀 原 理套 管 式 太 阳 能 热 水 器
15、水 流 控 制 阀 结 构 如 图 3所 示 。 洗 浴 时 手 柄 处 在 “ 上 ” 位 置 此 时 自 来 水 一 部分 经 导 管 直 接 进 入 混 水 室 ;另 一 部 分 经 上 冷 水 管进 入 楼 顶 储 水 桶 ,储 水 桶 被 顶 出 的 热 水 经 下 水 管进 入 下 热 水 孔 、 混 水 室 ,从 而 在 混 水 室 得 到 冷 热 混合 的 温 水 经 孔 至 喷 头 。图 3 套 管 式 太 阳 能 水 流 控 制 阀 结 构 示 意当 顺 时 针 转 动 手 柄 并 带 动 内 管 同 时 转 动 时 ,左 侧 一 对 固 定 槽 孔 和 转 动 槽 孔 的
16、 正 对 面 积 越 来 越大 ,即 经 上 水 管 进 入 储 水 桶 的 冷 水 越 来 越 多 ,储 水桶 被 顶 出 至 下 水 管 、 下 热 水 孔 、 混 水 室 的 热 水 就 越来 越 多 ;而 同 时 右 侧 一 对 固 定 槽 孔 和 转 动 槽 孔 的正 对 面 积 越 来 越 小 ,经 导 管 直 接 进 入 混 水 室 的 冷水 就 越 来 越 少 ,这 样 混 水 室 以 及 到 喷 头 的 水 温 就352008年 第 36卷 第 07期 流 体 机 械 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing
17、 House. All rights reserved. http:/越 来 越 高 ;直 至 手 柄 顺 时 针 转 到 左 极 限 位 置 ,右 侧一 对 孔 脱 离 接 触 而 左 侧 一 对 孔 完 全 正 对 ,为 全 部热 水 。 反 之 ,当 逆 时 针 转 动 手 柄 时 ,左 侧 一 对 固 定槽 孔 和 转 动 槽 孔 的 正 对 面 积 越 来 越 小 ,而 同 时 右侧 一 对 固 定 槽 孔 和 转 动 槽 孔 的 正 对 面 积 越 来 越大 ,混 水 室 以 及 到 喷 头 的 水 温 越 来 越 低 ;直 至 手 柄顺 时 针 转 到 右 极 限 位 置 ,右
18、侧 一 对 孔 完 全 正 对 而左 侧 一 对 孔 脱 离 接 触 ,为 全 部 冷 水 。 结 束 洗 浴 时 ,将 手 柄 按 下 (由 楔 舌 定 位 ) ,内 管 上 部 与 外 管 的 隔板 间 形 成 一 排 空 腔 ;同 时 内 、 外 管 两 对 孔 固 定 槽 孔和 转 动 槽 孔 全 部 脱 离 接 触 ,即 排 空 状 态 (见 图 4)。图 4 排 空 状 态此 时 自 来 水 冷 水 被 阻 隔 在 内 管 内 ,上 水 管 的冷 水 在 重 力 作 用 下 经 排 空 孔 倒 回 混 水 室 ,同 时 下水 管 的 剩 余 热 水 也 倒 回 混 水 室 ,上 、
19、 下 水 管 实 现 了排 空 。 排 空 水 仍 是 温 水 ,可 作 最 后 冲 洗 。4 结 语阀 片 式 和 套 管 式 太 阳 能 热 水 器 水 流 控 制 阀 都因 上 下 水 管 排 空 而 防 冻 裂 ,因 冷 水 置 换 热 水 而 节水 ,因 储 水 桶 呈 常 满 状 态 而 防 爆 管 、 抗 风 防 倒 。 相比 较 阀 片 式 的 体 积 更 小 巧 ,但 加 工 稍 难 ;套 管 式 的易 加 工 但 体 积 稍 大 。参 考 文 献 1 王 中 发 . 机 械 设 计 M .北 京 :北 京 理 工 大 学 出 版 社 ,1998. 2 编 委 会 . 现 代
20、 机 械 传 动 手 册 M . 北 京 :机 械 工 业 出版 社 , 1995.作 者 简 介 :赵 庆 双 ( 19702)女 ,研 究 生 ,副 教 授 ,通 讯 地 址 :252000山 东 聊 城 市 花 园 北 路 133号 聊 城 职 业 技 术 学 院 工 程 系 。(上 接 第 62页 )(2)蒸 发 器 和 暖 风 芯 体 的 压 降 与 实 验 数 据 吻合 的 很 好 ,这 说 明 用 多 孔 介 质 的 方 法 来 处 理 蒸 发器 和 暖 风 芯 体 的 翅 片 换 热 是 可 行 的 ,这 在 很 大 程度 上 可 以 简 化 模 型 ,给 数 值 计 算 带
21、来 方 便 。(3)从 吹 面 、 吹 脚 两 种 模 式 的 分 析 结 果 可 以看 到 ,在 HVAC内 部 , 蒸 发 器 前 后 出 现 较 大 的 涡流 ,这 是 由 鼓 风 机 进 口 风 道 与 蒸 发 器 的 位 置 决 定的 ,本 案 例 的 鼓 风 机 进 风 方 向 和 蒸 发 器 几 乎 成 垂直 状 态 ,气 流 在 直 角 处 进 行 扩 张 ,出 现 涡 流 ,这 就使 蒸 发 器 的 换 热 面 积 利 用 不 充 分 ,同 时 导 致 暖 风芯 体 的 换 热 面 积 减 少 ,大 大 降 低 了 空 调 的 制 冷 效果 和 除 霜 除 雾 效 果 ,必
22、须 加 以 改 进 ,可 以 在 前 风 道和 蒸 发 器 前 加 导 流 板 或 均 流 板 ,使 气 流 均 匀 的 流过 蒸 发 器 ,充 分 利 用 其 换 热 面 积 。参 考 文 献 1 Bennett L, D ixon C W S, W atkins S. Modelling andTesting of A ir Flow in a HVAC Module R . SAE Pa2per 200220120506. 2 W erner F , Frik S. Op tim ization of an AutomotiveHVAC Module by Means of Comput
23、ational Fluid Dy2nam ics R . SAE Paper 950439. 3 L in G H , Han T , Sumantran V. Experimental andComputational Studies of Flow in a Simp lified HVACDuct J . Int. J. of Vehicle Design , 1994 , 15 (1 / 2). 4 W illiam R. H ill and Sriram Sringari, A Parametric ap2p roach for rap id design and analysis
24、of automotiveHVAC defrost system s R . SAE Paper 200120120584. 5 祁 照 岗 ,陈 江 平 ,胡 伟 . 汽 车 空 调 风 道 系 统 CFD 研究 与 优 化 J . 汽 车 工 程 , 2005, 27 (1) : 1052108. 6 于 福 义 ,凌 泽 民 . 汽 车 空 调 系 统 蒸 发 器 总 成 数 值 仿真 J . 重 庆 大 学 学 报 (自 然 科 学 版 ) , 2005, ( 3) :40243. 7 陶 文 铨 . 数 值 传 热 学 M . 西 安 :西 安 交 通 大 出 版社 , 1988.作 者 简 介 :吴 金 玉 (19822) ,女 ,硕 士 生 ,主 要 从 事 换 热 器 及 车辆 空 调 等 方 面 的 研 究 ,通 讯 地 址 : 200240上 海 市 东 川 路 800号 制冷 与 低 温 工 程 研 究 所 。45 FLU ID MACH INERY Vol136, No107, 2008
