CN101363240B - 双旁路隔膜式冲洗阀 - Google Patents

Abstract

提供一种冲洗阀隔膜。该隔膜包括至少两个旁路孔。隔膜上每个旁路孔都具有一与之相关联的旁路。每个旁路具有从中穿过的通道，容许隔膜上方的控制室和隔膜下方的进水室相通。该隔膜还整合了对冲洗阀系统的辅助阀门机构定位和提供密封装置的功能。

Description

双旁路隔膜式冲洗阀

相关专利申请的交叉引用

本申请要求2007年8月8日提交的美国临时申请第60/954,749号为优先权，其在此被合并作为引用。

技术领域

本发明一般涉及阀门领域。更具体的说，涉及通常用于小便池或抽水马桶等的一种隔膜式冲洗阀。

背景技术

现有技术中的冲洗阀都包括一个两部分的隔膜盘组件。隔膜板通常为具有金属芯(用于支撑)的橡胶元件。隔膜通过旁路控制自来(原生)水流过冲洗阀。安全阀座为与隔膜相接的单独元件。在现有技术的装置中，安全阀座通常为也是由橡胶模制的环绕金属基座的附加部分。

随着较低排水量的设备变得必要而且通用，需要冲洗阀对每一次传送的冲洗传送更严格的变量。这要求更严格地控制元件，该元件然后更严格地控制冲洗断面(包括每次冲洗的总量和每一时段的冲洗量)。

发明内容

在一个实施例中，本发明提供了当装配冲洗阀时可简少部件数目，因而提供了简少部件的有关益处例如成本较低，便于维护以及易于组装。本发明的隔膜包括，一方面多个旁路，另一方面具有整体安全阀座的单个隔膜，和再一方面通过保持件来密封隔膜套件的元件的改进了的机构。

在一个实施例中，本发明涉及包括具有进水口和出水口的冲洗阀主体的冲洗阀系统，进水口位于冲洗阀主体的侧部，出水口位于冲洗阀主体的底部。该系统还包括具有中空通道的筒，其被置于冲洗阀主体的内部，该筒构成了水流从进水口流至出水口的竖向路径，筒的裙部和冲洗阀主体相互连通形成进水口、出水口和冲洗阀主体之间的密封并限定进水室。隔膜被置于筒的上端，使进水室与中空通道封隔并且在该隔膜上方限定控制室。该隔膜具有顶面、底面以及侧面，并有一中心孔，该隔膜还包括多个从中穿过的旁路孔。每个旁路孔被设定成保持一旁路，该旁路提供了从进水室到控制室的通道以保持压力平衡。安全阀保持环限定了中心孔并从隔膜的顶面延伸。该安全阀保持环具有多个从安全阀保持环内表面向中心孔突出的安全阀凸耳。安全阀座被置于顶面，并且安全阀座位于安全阀保持环和中心孔之间。安全阀位于隔膜上且其具有向下延伸通过隔膜进入引导件的阀杆并延伸超出引导件。该引导件被连接到隔膜并从隔膜向下延伸进入筒，该引导件为与中心孔连通的大致筒形的中空管。

在另一实施例中，为一冲洗阀隔膜套件的形式，该套件包括隔膜，其基本为盘形，具有顶面、底面以及侧面，隔膜的半径远远大于隔膜的高度。该隔膜具有定位成基本中心穿过隔膜的中心孔和被设置于隔膜中的多个旁路孔，多个旁路孔包括穿过隔膜的通道。该套件还包括多个旁路且每个旁路孔具有与其相关联并被可保持地设置在其中的旁路。安全阀保持环限定了中心孔并从隔膜的顶面延伸。该安全阀保持环具有多个从安全阀保持环内表面向中心孔突出的安全阀引导件。安全阀座被置于顶面上，其处于安全阀保持环和中心孔之间。保持件将隔膜附接至引导件，该保持件可设置在隔膜的中心孔中，并有可与隔膜顶面接合的凸缘。安全阀具有阀杆，该安全阀置于安全阀座上，至少部分地由安全阀保持环保持，且阀杆穿过保持件和引导件向远离隔膜方向延伸。

在又一实施例中包括一用于冲洗阀的隔膜组件，该隔膜组件包括一隔膜，其基本为筒形，具有顶面、底面以及侧面，隔膜的半径远远大于隔膜的高度。该隔膜具有定位成基本中心穿过隔膜的中心孔。多个旁路孔被设置于隔膜上，该多个旁路孔包括穿过隔膜的通道。多个旁路所包含的每个旁路孔具有与其相关联并被可保持地设置在其中的旁路。安全阀保持环限定中心孔并从隔膜的顶面延伸。安全阀保持环具有多个从安全阀保持环内表面向中心孔突出的安全阀引导件。安全阀被置于顶面上，其处于安全阀保持环和中心孔之间。

本发明包括某些特征和以下充分描述的部件的联合，通过附图予以说明，并在下面描述，并且尤其是在附加的权利要求中被指出，应理解的是在不脱离本发明主题或失去本发明的任一优点的情况下可以在细节上作不同的变动。

附图说明

图1是现有技术中一冲洗阀的剖面图；

图2是一冲洗阀隔膜组件的分解图；

图3是一冲洗阀隔膜的俯视图；和

图4是包括隔膜、安全阀和引导件的隔膜组件的剖面图。

具体实施方式

具有一单一的旁路孔以及多个装配套件的隔膜式冲洗阀已为我们熟知，如美国专利6,616,119；5,967,182；5,887,848；5,490,659；5,213,305和5,332,192所述，并在此被合并作为引用。本发明含有使用一隔膜式冲洗阀的所有设备的申请，包括传统的容积设备。然而，应当了解，对于减少耗水量的设备来说，此处所述的隔膜组件具有实质上的优点，其也被称为高效小便池(“HEU”)和高效厕所(“HET”)。然而，应当理解的是本发明的改进的隔膜同样也能改善每次冲洗具有不同量的冲洗阀的性能且不是仅仅对低冲洗量设备的改进。

此处所述的隔膜组件可用于不同的冲洗阀，图1示出了一冲洗阀系统100，其使用了此处所述的隔膜组件110。如图1所示，冲洗阀包括一具有一进水口102和一出水口104的冲洗阀101。一隔膜组件110将进水口102和出水口104分隔开并调节其间的水流。

仍参考图1，筒105在进水口102和出水口104之间形成了一通道。典型地冲洗阀主体101沿其竖(纵)轴线114延伸以致高于其宽度。标准冲洗阀主体一般使用一侧面进水口102(如图1所示)以便于水流从侧面进入冲洗阀主体101，大体上与冲洗阀系统100的水平(横)轴线115平行。再如图1所示，出水口104一般被置于冲洗阀主体101的“底部”。在进水口102和出水口104之间形成通道的筒105通常被安置成与冲洗阀系统100的竖轴线114大体上平行。

在一个实施例中，进水口102供给水流进入环绕筒105的进水室103且其与筒105的连通(并因而与出水口104的连通)由隔膜组件110控制。隔膜组件110被置于筒105上以控制从进水口102通过出水口104的水流流动。当隔膜组件110“打开”时，也就是升离隔膜座106时，来自进水室103的水流流“过”筒105的顶部并进入筒105内部再流至出水口104。

在隔膜组件110的一个实施例中，隔膜组件110包括柔性隔膜116。在一个实施例中，隔膜116实体为盘状，其具有顶面116a、底面116b和侧面或外周面116c，隔膜116的外径远远大于隔膜116的高度(厚度)。隔膜116被固定通过其外周面116c。在一个实施例中，隔膜外周面116c被固定在阀门主体101上。隔膜116被置于隔膜座106上，其为筒105的最上部。当将隔膜116置于隔膜座106上时，其构成密封，阻止水从进水口102流经进水室103进入筒105的内部(并最终从出水口104流出)。

隔膜组件110的运行由进水室103和控制室107之间的压力平衡来控制。控制室107定义为在隔膜组件110之上并与进水室103相对的冲洗阀主体101内部的一部分，以便于控制室107的压力作用于隔膜116，其与进水室103的压力(一般是由于供水管网(未示出)本身的水压)相反。因此，进水室103的压力作用使隔膜116被推离隔膜座106，而控制室107的压力作用使隔膜116压向隔膜座106。

如图1，2和4所示，在某些实施例中，隔膜组件110包括与隔膜成一体并构成安全阀座117的盘109。隔膜组件110包括一中心孔108。在本实施例中，安全阀组件119包含一置于安全阀座117上并处于中心孔108上方的安全阀头121。安全阀头121具有一安全阀杆122，其从此处延伸并穿过隔膜116和引导件120。引导件120从隔膜116向下朝出水口104延伸，并被置于筒105内。在一个实施例中，引导件120通过如保持件112被附接到隔膜组件110上，该保持件可能是，例如，与引导件120内部螺纹相配并具有用于固定隔膜116的凸缘111的螺纹钉。在本实施例中，安全阀杆122延伸穿过保持件112且安全阀头121位于保持件112的上方。隔膜116在前述的隔膜座106上形成一密封，且引导件120从此处向下延伸穿过筒105。引导件120与隔膜116的孔108对准，从而限定出从压力室107到筒105之间的通道。

参阅图1，如上所述，安全阀头121被置于隔膜116的孔108内以可控地使控制室107和筒105封隔。安全阀头121在安全阀座117处位于隔膜116上以形成密封，且包括一安全阀杆122，其向下延伸，穿过引导件120至可与和把手125连接的柱塞124相接合的位置。阀杆122能在不需要使安全阀头121从安全阀座117上离开的情况下沿着竖轴线114移动有限的距离。阀杆122位于引导件120内且阀杆122的下端122a为自由端，这样下端122a的移动可使阀杆122枢转并对安全阀头121施加压力。

在一个实施例中(最佳为图1所示)，在筒105的上部，一再装头130围绕引导件120设置在筒105和引导件120之间。再装头130具有一中心孔221，使得再装头130围绕引导件120设置。引导件120包括一再装头固定凸缘129，用于将再装头130固定到隔膜116上。因而，在冲洗阀系统100被启动前，再装头130被筒105、引导件120和隔膜116约束。当冲洗阀系统100被启动时，再装头130与引导件120(以及隔膜116的中心部分)沿着竖轴线114向上移动，这样其被引导件120和隔膜116约束，但是实质上暴露于进水室103。因而，当隔膜116继续其上行冲程打开隔膜116下的一环形通道127，该再装头130也上行。通过隔膜116的上行冲程，再装头130允许水流开始从进水室103通过筒105并最终流向出水口104。再装头130的形状决定了水的流动路径。

把手125的致动使柱塞124滑动，柱塞接合阀杆122的下端并枢转它，引起安全阀头121移动(一般使其倾斜)，打破了隔膜116上安全阀头121和安全阀座117之间的密封。安全阀头121的倾斜释放了隔膜组件110上方控制室107中的压力。控制室107中压力的释放解除了隔膜116与隔膜座106的密封，允许水从进水室103(通过进水口102补充)流经环形通道127，越过筒105的隔膜座106进入筒105内部。这种隔膜116的脱离通常被称为隔膜116的“上行冲程”，而隔膜116向下运动复位被称为“下行冲程”，整个循环被称为隔膜116的“冲程”。隔膜116的冲程决定了水可以从进水室103流入筒105的时间周期，进水室103始终被从进水口102流入且最终穿过筒105至出水口104以完成“冲洗”的水充满。

在一个实施例中，如图2所示，隔膜116为全套组件的一部分。冲洗阀隔膜套件优选由隔膜116、安全阀机构119、隔膜引导件120、可选地再装环(未示出)、保持件112以及再装头130构成。本发明的隔膜套件包括，一方面，多个旁路206，另一方面，具有整体安全阀座117(盘109)的单个隔膜116，和再一方面，通过保持件来密封隔膜套件的元件的改进的机构。

图2和4给出了隔膜组件110结构的一实施例的最佳图示。隔膜组件110包括一隔膜116，其具有如前所述的中心孔108，以允许安全阀杆122通过。在一个实施例中，使中心孔108适合容纳与引导件120接合的保持件112。如前所述，在一个实施例中隔膜116还包括一刚性盘109，隔膜116围绕该盘模制(最佳为图1和图4截面图所示)。盘109之上的材料作为安全阀座122。隔膜116还包括至少两个旁路孔205，每个旁路孔都用于容纳旁路206。在另一替代实施例中，至少有三个旁路孔205。每个旁路206都有从此处穿通的通道207。

隔膜116中的至少两个旁路孔205使控制室107与进水室103相通。旁路孔205适合于容纳一旁路206。旁路206包括一外壳，其具有一从此处穿通的通道207。每个旁路206被成形为与隔膜116内旁路孔205相配。应当理解，不同尺寸的通道207(通道直径)可被用于提供不同的冲洗断面。旁路孔205与隔膜116的中心孔108隔开，即使是在一冲洗循环中隔膜116弯曲向上时，该间隔也足以向压力室提供充足的水流。还应当理解，在结构上，优选旁路孔205与隔膜116的外周面116c以及隔膜116的中心孔108都充分隔开。

在一个实施例中，多个旁路孔205彼此等间距隔开。与使用单一的旁路孔或者不均匀分布多个旁路孔相比，孔205之间的等间距提供了流入控制室107(通过安置于孔205内的旁路主体206)的更均匀的水流(以及压力)。单一旁路的缺点在于隔膜116内固定孔相对于进水口102的角取向。阀门主体101内的局部压力以及冲洗阀主体环面内进水口102和进水室103中水的流动会影响冲洗阀的性能。这要求在装配时以及隔膜116的整个使用期限内都仔细对准。水流不均匀流动进入控制室107以及控制室增压会使得隔膜116不均匀弯曲而导致隔膜116加速磨损和使用寿命缩短。

旁路孔205提供了控制室107和进水室103之间的连通。因而，旁路孔206与安全阀头121和安全阀杆122一起控制了压力室107内的压力，而压力又控制了隔膜116的位置，并且因而流过隔膜116和隔膜座106之间的环形通道127的水流。因此，在冲洗操作后，隔膜116上部控制室107内的流体(在某些实施例中，少许空气)压力维持用于关闭和支撑隔膜座106上隔膜组件110的压力。旁路通道207的大小允许冲洗阀关闭之前流体以一定流量流过隔膜116。对于具有超过一个旁路206的实施例来说，从此处穿通的通道207被设计为整体上允许流体以一定流量流过隔膜116。

在一个特殊的实施例中，如图2所示，一具有多个旁路206的隔膜116被提供用于一改进了的具有更好性能的冲洗阀隔膜套件组件110。

如前所述，在图4所示实施例中，本发明的隔膜116为单个的，或者集成的组件，包括用于安全阀头121的安全阀座117。这种单体结构通过消除了现有技术两部分设计所固有的实质易变性，增强了对总冲洗量和单次冲洗量的控制。在一个实施例中，隔膜116包括例如由例如金属构造的盘109，其上用弹性体材料覆盖模制以形成外部225。在一个实施例中，盘109环绕中心孔108，但是仅延伸至安全阀保持环214，而弹性体材料覆盖了盘109和安全阀保持环214并形成延伸的周面部，其包括隔膜116的旁路孔。在图4所示的一个实施例中，安全阀保持环214和盘109都由同样的刚性材料构成并由弹性体材料覆盖模制以形成外部225。

安全阀保持环214，使用时邻接安全阀头121，由刚性芯材料支持，在一个实施例中其与隔膜芯的材料相同，因而提供了一个更有支持力的腔来固定安全阀头121。刚度的增加也导致了性能上的改进，因为现有技术为只有橡胶的设计易于随着时间而被推压变形。隔膜116和安全阀座117还包括具有一连接件的实施例，该连接件与盘相对地从隔膜116延伸。连接件的外部与冲洗阀螺纹连接以便与其接合。在一个实施例中，连接件与隔膜/盘单体部件(隔膜116)的金属部分构成单独的金属构件。在另一替代实施例中，隔膜/盘单体部件(隔膜116)被附接到具有一独立连接组件，例如保持件112的套件上。连接组件可能为与隔膜/盘单体部件(隔膜116)的金属或橡胶的不同材料，例如为塑料材料。材料的选择可以得到制造时更好的成本控制。此外使用单独的连接组件可以使得用于隔膜/盘单体部件(隔膜116)的金属部分更简单，例如可以用，例如冲床制造，并再次得到制造过程时更好的成本控制。

如图2和3所示，安全阀保持环214包括，在一个实施例中，多个用于将就位的安全阀头中心定位在安全阀座117上的凸耳213。在一个实施例中，至少有六个凸耳213。凸耳213在安全阀保持环214和安全阀头121之间提供了紧密配合。在安全阀保持环214和安全阀头121之间必须保持距离以允许安全阀头能够充分倾斜使得水流出控制室的上部。此区域若没有足够的空间，当使用者启动冲洗流程时安全阀将不能适当运行。反过来，太大的空间，也就是凸耳不足或者相对于两者之间的距离凸耳尺寸不够，将会导致安全阀头121在底座区域内有太多“余隙”。这种余隙将导致冲洗阀的运行不精确。将盘109与隔膜116结合也会消除隔膜116顶部和盘109底部之间否则会太大和不可靠的密封区域。

再如图4所示，凸耳213具有位于安全阀保持环214的上部和内部上的拐角。在一个实施例中，凸耳的左侧拐角具有角形230，而右侧拐角具有圆形231。角形拐角通过为自动工具或手动工具提供接合的边缘而使得安全阀保持环214能够用来将隔膜固定到冲洗阀上。与之相比，圆形拐角具有相反的效果，使得将隔膜116从其原始出厂的设定去除变得更为困难。因而，在一个实施例中，有多个等间距凸耳213，每个等间距凸耳213包括紧接相邻凸耳213第二端的第一端，第一端或第二端中的一个为角形230，另一个为圆形231。

在一个实施例中，安全阀保持环214的外部具有一稍微倾斜或弯曲的下部以便于其向隔膜116的中心倾斜。通过给予弹性体隔膜116足够的空间以便响应压力移动而提供了随时间改进了的组件寿命和性能。相反，现有技术的隔膜是被固定到具有平底面和环形角边缘的盘上。在重复的操作和压力条件下，隔膜116与这些表面之间的相互作用将导致磨损和性能变差。现有技术的组件也有阀座和隔膜两个独立的部分，其带来了两部分之间潜在的泄漏面。一体的阀座和隔膜116去除了该密封区域和由于不完整组装部件导致的潜在的泄漏。

本发明前述实施例的提出是为了做出说明和描述。并不希望本发明被穷举或局限于本发明公开的精确形式，并且根据前面的讲述或者本发明的实施所获得的可有修改或变动。选择并描述的实施例是为了解释本发明的原理以及其实际应用，从而使得本领域技术人员能够以不同的实施方式使用本发明，并采用不同的修改使其适用于具体的使用设想。

Claims (24)

1.一种用于冲洗阀的隔膜组件，该隔膜组件包括隔膜、包含安全阀座的盘和安全阀，该隔膜基本为筒形的，具有顶面、底面和侧面，隔膜的外周远大于隔膜的高度且该隔膜具有定位成基本穿过隔膜中心的中心孔，该隔膜组件的特征在于：

多个设置于隔膜上的旁路孔，所述多个旁路孔包括穿过隔膜的通道；

多个旁路，每个所述多个旁路孔都有与其相关联并被能保持地设置在其中的旁路；

所述隔膜和安全阀座与一安全阀保持环构成了单体结构，所述安全阀保持环限定了中心孔并从隔膜的顶面延伸；

所述安全阀保持环具有多个从安全阀保持环内表面向中心孔突出的安全阀凸耳；以及

置于所述顶面的安全阀座，该安全阀座定位在安全阀保持环和中心孔之间。

2.如权利要求1所述的隔膜组件，其中单体式隔膜和盘包括刚性芯和柔性外部。

3.如权利要求1所述的隔膜组件，其中安全阀保持环和隔膜为单个结构。

4.如权利要求3所述的隔膜组件，其中安全阀保持环和隔膜包括包覆有柔性材料的刚性金属芯。

5.如权利要求1所述的隔膜组件，其中安全阀保持环包括弯曲的外底部，其向中心孔弯曲使得该弯曲的外底部是凸起的。

6.如权利要求1所述的隔膜组件，其中所述多个旁路孔彼此等距离隔开。

7.如权利要求6所述的隔膜组件，其中所述多个旁路孔包括至少三个旁路孔。

8.如权利要求1所述的隔膜组件，其中每个旁路“紧密配合”到所述多个旁路孔的一个中。

9.如权利要求1所述的隔膜组件，其中安全阀凸耳包括多个等距离隔开的凸耳。

10.如权利要求9所述的隔膜组件，其中每个等距离隔开的凸耳包括紧接相邻凸耳的第二端的第一端，第一端或第二端中的一个为角形，另一个为圆形。

11.一种冲洗阀系统，包括：具有进水口和出水口的冲洗阀主体，进水口位于冲洗阀主体的侧部，出水口位于冲洗阀主体的底部；具有中空通道的筒，其被置于冲洗阀主体的内部，该筒构成了水流从进水口流至出水口的竖向路径，筒的裙部和冲洗阀主体相互连通以形成进水口和出水口之间的密封并限定进水室；和置于筒的上端的隔膜，使进水室与中空通道封隔开并在该隔膜上方限定控制室，该隔膜具有顶面、底面以及侧面，并具有中心孔；位于隔膜上的安全阀，其具有从安全阀向下延伸通过隔膜进入引导件并延伸超出引导件的阀杆，该引导件被连接到隔膜并从隔膜向下延伸进入筒，该引导件为与中心孔连通的大致筒形的中空管，该冲洗阀系统的特征在于：

隔膜中的多个旁路孔，每个所述多个旁路孔被设定为保持一旁路，所述旁路提供了从进水室到控制室的通道以保持压力平衡；

置于顶面的安全阀座，其定位在安全阀保持环和中心孔之间；

安全阀保持环，其限定了中心孔并从隔膜的顶面延伸；

所述安全阀保持环具有多个从安全阀保持环内表面向中心孔突出的安全阀凸耳。

12.如权利要求11所述的冲洗阀系统，其中所述多个旁路孔彼此等距离隔开。

13.如权利要求12所述的冲洗阀系统，其中所述多个旁路孔包括至少三个旁路孔。

14.如权利要求11所述的冲洗阀系统，其中每个旁路“紧密配合”到所述多个旁路孔的一个中。

15.如权利要求11所述的冲洗阀系统，其中安全阀凸耳包括多个等距离隔开的凸耳。

16.如权利要求15所述的冲洗阀系统，其中每个等距离隔开的凸耳包括紧接相邻凸耳的第二端的第一端，第一端或第二端中的一个为角形，另一个为圆形。

17.如权利要求11所述的冲洗阀系统，其中安全阀保持环包括弯曲的外底部，其向中心孔弯曲使得该弯曲的外底部是凸起的。

18.一种冲洗阀隔膜套件，该套件包括：隔膜，其基本为盘形，具有顶面、底面以及侧面，隔膜的半径远大于隔膜的高度，隔膜具有定位成基本穿过隔膜中心的中心孔；以及具有阀杆的安全阀，该安全阀能位于安全阀座上并至少部分地由安全阀保持环保持，该冲洗阀隔膜套件的特征在于：

隔膜中的多个旁路孔，所述多个旁路孔包括穿过隔膜的通道；

多个旁路，每个旁路孔都有与其相关联并被能保持地设置在其中的旁路；

安全阀保持环，其限定中心孔并从隔膜的顶面延伸；

置于所述顶面的安全阀座，其定位在安全阀保持环和中心孔之间；

所述安全阀保持环具有多个从安全阀保持环内表面向中心孔突出的安全阀凸耳；以及

将隔膜能去除地附接至引导件的保持件，该保持件能设置在隔膜的中心孔中，并具有能与隔膜顶面接合的凸缘，阀杆穿过保持件和引导件远离隔膜延伸。

19.如权利要求18所述的冲洗阀隔膜套件，其中每个所述多个旁路孔彼此等距离隔开。

20.如权利要求19所述的冲洗阀隔膜套件，其中所述多个旁路孔包括至少三个旁路孔。

21.如权利要求18所述的冲洗阀隔膜套件，其中每个旁路“紧密配合”到所述多个旁路孔的一个中。

22.如权利要求18所述的冲洗阀隔膜套件，其中安全阀凸耳包括多个等距离隔开的凸耳。

23.如权利要求22所述的冲洗阀隔膜套件，其中每个等距离隔开的凸耳包括紧接相邻凸耳的第二端的第一端，第一端或第二端中的一个为角形，另一个为圆形。

24.如权利要求18所述的冲洗阀隔膜套件，其中安全阀保持环包括弯曲的外底部，其向中心孔弯曲使得该弯曲的外底部是凸起的。

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