CN101523099B - 用于控制流体流量的装置 - Google Patents

Abstract

一种用于控制流体流量的装置，包括具有进口和出口的主腔室、可在该出口打开的初始位置和该出口至少部分关闭的最终位置之间移动的控制件、用于迫使该控制件向该初始位置移动的迫动机构和用于当该控制件在该最终位置时允许流体滴流出该出口的滴流机构。

Description

用于控制流体流量的装置

技术领域

本发明涉及一种节水装置，其特别适用于生活用水方面。

背景技术

根据一方面应用，本发明涉及一种用于控制从诸如水龙头或淋浴器等出水口排出的水的装置或设备。

在澳大利亚等国家，许多地区干旱是普遍气候现象，水的管理，特别是节水尤为重要。

在一般的家庭内情况下，水从中枢地方机构排出，并用水表测出消耗的水。然而干旱时即使限制用水，但是对于房子的住户来说也难以监控他们的用水量。

如果想要控制灌溉花园的用水量，存在包括带有定时开关的阀的装置，在所需的时间过后，可控制定时开关来切断供水系统。这种装置尽管实用，但是未给出关于这段时间已排出的水量的任何指示。此外，没有可在房屋内使用来监控所用水量的现成的设备。

在美国专利5348269中公开了一种定时阀。该专利提供一种根据从流动部件经由回流端口的回流压力来时控流量的装置。经过一段时间，活塞移动到壳体的端部，直到出口端被活塞的前端覆盖并密封。弹簧迫使活塞返回至初始位置。

本发明提供另一种类型的用于控制流体流量的装置。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供一种用于控制流体流量的装置，包括具有进口和出口的主腔室、可在所述出口打开的初始位置和所述出口至少部分关闭的最终位置之间移动的控制件、用于迫使所述控制件向所述初始位置移动的迫动机构和用于当所述控制件在所述最终位置时允许流体滴流出所述出口的滴流机构。

优选地，所述装置包括用于允许所述迫动机构将所述控制件移向所述初始位置的复位机构。

所述控制件可以包括在流体压力下可移动的任何元件。

优选地，所述控制件包括多个部件。

优选地，所述控制件包括活塞。

所述活塞可以包括盘状件。

根据一个实施例，所述装置包括被流过所述进口的流体驱动的驱动机构。

所述驱动机构可以被设置成在预定时间段之后将所述活塞移向所述最终位置。

所述驱动机构可以包括传动组件。

优选地，所述传动组件包括多个齿轮。

根据一个实施例，所述传动组件包括用于移动所述活塞的驱动齿轮。

所述驱动机构可以包括所述齿轮被安装于其上的轴。

所述驱动机构可以包括用于在预定时间段之后移动所述活塞的定时器。

优选地，所述驱动机构包括用于在预定流体量已通过所述进口之后移动所述活塞的控制器。

所述传动组件可以是基本上类似于水表中使用的传动组件。

优选地，所述驱动机构包括安装在轴上的多个齿轮，第一齿轮可与安装在所述轴上并相对于所述轴可轴向移动的驱动件配合。

所述驱动件优选地根据流体通过所述进口的流速转动。

所述驱动件可以与所述第一齿轮配合。

优选地，所述驱动件包括锥体部。

所述驱动件可以与适于根据通过所述进口的水流而转动的驱动轴连接。

所述驱动轴可以具有与流通活塞联接的近(进口)端，所述驱动轴受到轴向水流作用而转动。

所述流通活塞可以与工作腔室部件联接。

优选地，所述驱动轴插入并通过覆盖所述工作腔室部件的顶板。

所述驱动轴可以具有配合并驱动所述驱动件的结合头部。

诸如弹簧等另一迫动机构可以迫使所述驱动件向所述装置的进口端移动。

优选的是，所述迫动机构被安装于所述轴上。

所述活塞可以包括用于至少部分关闭所述出口的阻挡件或阀。

所述活塞优选地包括安装在所述轴上并具有轴向突出件的轮子，所述突出件可与最后的齿轮的配合部配合。

所述配合部优选地包括在其远端面上的轴向壁或突出件。

优选地，所述装置包括用于当复位机构启动时使所述活塞相对于所述最后的齿轮返回至初始角位置的定心机构。

优选地，所述复位机构包括用于当来自所述进口的流体压力消除时允许所述迫动机构迫使所述活塞返回至其初始位置的触动件。

所述定心机构可以包括弹簧。

所述传动组件可以包括具有控制齿轮的控制臂，所述控制齿轮用于控制所述轴上的齿轮。

所述传动组件可以包括当相邻上一个齿轮已转动360°时下一个齿轮增量式转动的任何机构。

所述控制臂包括多个控制杆，一个控制杆用于所述轴上的一个齿轮。

所述轴上的每个齿轮包括在近端或表面上围绕中心同心排列的轮齿，用于与一个控制齿轮的轮齿啮合。

所述轴上的所述齿轮优选地包括在其远端或表面上的接合凹部/突起，用于与一个控制齿轮上的齿啮合。

所述装置可以包括带有用于连接管道的进口连接件的主壳体。

所述主壳体优选地包括用于连接淋浴头的出口连接件。

根据一个实施例，所述主壳体安装在淋浴头和连接管道之间。

所述进口连接件和/或出口连接件可以有螺纹。

所述壳体优选地包括在所述主腔室内的进口腔室，所述进口腔室与活塞腔室被进口腔室隔壁隔开，所述进口腔室隔壁具有允许流体从所述进口流到所述活塞腔室的至少一个开口。

所述装置优选地包括进口腔室壁。

所述进口腔室壁可以包括隔开所述进口腔室与所述活塞腔室的隔壁。

所述活塞优选地包括带有在所述进口腔室壁的侧壁上滑动的侧壁的圆柱件。

优选地，至少一个孔/开口贯穿所述隔壁延伸，从而允许流体在所述进口腔室和活塞腔室之间流动。

根据一个实施例，所述活塞包括在其外顶面(与所述出口相对的表面)上的中央凸出部或突出件。

所述进口腔室壁可以包括在其间限定环形腔室的内周壁和外周壁。

至少一个通道可以贯穿所述内周壁和外周壁延伸。

优选地，所述隔壁具有在所述活塞腔室和环形腔室之间的至少一个通道。

根据一个实施例，所述活塞包括用于至少部分关闭所述出口的封闭件。

所述封闭件可基本上位于所述活塞的外顶面上。

优选的是，所述装置包括用于当预定水量已通过所述出口时进行指示的指示器。

优选地，所述指示器包括电子定时器。

根据一个实施例，所述指示器包括用于指示预定水量已差不多通过所述出口的报警机构。

优选地，所述指示器包括用于当预定水量已通过所述出口时快速降低通过所述出口的水量的机构。

优选地，所述指示器包括一旦预定水量已通过所述出口就快速降低将要通过所述出口的水量的阀。

根据一个实施例，所述装置具有自动复位功能。

优选地，所述自动复位功能只有通过对流向所述装置进口的水进行截流才能够启动。

附图说明

下面参照附图仅以举例方式来对本发明的优选实施例进行说明，在附图中：

图1示出根据本发明第一实施例的流量控制装置的侧剖视图；

图2示出根据本发明第二实施例的用于控制流体流量的装置的侧剖视图；

图3示出图2所示装置的分解图；

图4a示出图3所示装置的局部俯视图；

图4b示出图4a所示装置的局部斜视图；

图4c示出图4b所示装置的局部端视图。

具体实施方式

图1所示的装置11能够在流过出口12的流体流量大幅下降之前从进口13通过出口12排出固定量的流体，例如水。结果是水滴流过出口12。当装置11被固定到淋浴喷头的出口并打开水龙头时，通过该装置排出固定量的水，然后水流被有效截流，仅允许水滴通过出口。通过关闭水龙头并再次打开它，使装置自动复位，并且在水流减少成水滴之前可以通过淋浴出水口排出又一体积的水。

如图1所示，装置11包括具有主内腔室15的一般圆柱形的壳体14。

圆柱形进口腔室16设置在进口13周围，并且围绕进口腔室16的圆周还设有环形圆周腔室17。多个圆周开口或通道18贯穿腔室16的圆周圆柱壁19设置，使腔室16和腔室17之间流体连通。

圆柱形活塞20位于环形腔室17的外周壁21上。因此，活塞20的进口端22是敞开的，并且活塞20用作能够在壁21的外周面上滑动的套筒。活塞20的出口端23是封闭的并设有中央凸出部24，中央凸出部24用于两个目的。一个目的是定位弹簧25的一端，另一个目的是作为阻挡件插入出口12内，从而部分关闭出口12。

活塞腔室26产生于活塞20和圆柱形进口腔室16和腔室17的平坦隔壁27之间。连接腔室16和腔室26的一个以上的连接通道30贯穿通过壁27。此外，另外的通道28连接腔室17和腔室26。

平衡位置处的弹簧25的一端位于出口12内，另一端在中央凸出部24的周围伸长并迫使活塞20与壁27接触。因而有效地消除腔室26。然而应注意的是，本发明的其他实施例可以设想为，腔室26初始时具有小的尺寸，使得活塞20的壁23与壁27实际不接触。

通过贯穿腔室17的周壁21延伸的通道29使主腔室15与腔室17流体连通。

应注意的是，可以改变每一个通道18、28和29的数量和尺寸来调节活塞腔室26填充流体的速率。

在操作中，包括带有内螺纹的管状通道的进口13被拧在浴室配件、水龙头、管子等的端部上，然后打开水龙头，以提供流体压力。

进入进口13的流体进入腔室16，然后通过通道18、28和30流出。通过通道30进入腔室26的水迫使活塞20向出口12慢慢移动。腔室26填充流体的速度和活塞20移动的速度取决于腔室16和腔室26之间的通道的数量以及使腔室16和26与环形腔室17连接的通道的数量。

此外，通道29的尺寸和数量也影响活塞20的移动速度。

随着水慢慢填充腔室26，且使活塞20朝着出口12移向右侧(如图1所示)，大部分水从腔室16流到环形腔室17，然后通过通道29流到主腔室15，最后通过出口12流出。

优选的是，通过进口13进入的大部分水在水流量下降最小的情况下流过主腔室15，并通过出口12流出。因此，利用与淋浴出水口连接的该装置进行淋浴的人通常不受该装置的影响，一直到通过出口12排出了预定体积的水。

随着活塞20克服弹簧25的力移向出口12，腔室26变得越来越大。最后，活塞20与装置11的出口端的内壁31接触，凸出部24截流通过出口12供应的大部分水。因此，优选的是，调整凸出部24的尺寸且把凸出部24设置成当活塞23已尽可能地被移动至装置11的右侧时微小水滴仍然能通过出口12。这样可觉察出通过出口12排出的水被截流，使得用水的人意识到通过出口12已排出预定水量，并且意识到如果再排出水，那么额外的水将超出考虑到节水问题而理论上应使用的水量。

还可以设有复位机构，用于截流供应到腔室26的水，从而允许弹簧25的力使活塞20返回至它的初始位置。

触动机构可以包括覆盖通道30和/或通道28，并打开活塞20的壁中的另一通道。

复位该装置的另一方法可以是截流供应到进口13的水，从而允许弹簧25将活塞20推回至它的初始位置，在初始位置，出口端23的内壁与进口腔室16的壁27的外壁接触。

根据本发明的另一个实施例，可以使用机械式流量控制装置来控制通过诸如淋浴喷头等出口排出固定量的水，该装置具有图2、图3和图4a～4c所示的特征。

如图2所示，装置40包括安装在共用轴42上的传动组件41，共用轴42在装置40的进口43和出口44之间延伸。

如前述实施例，装置40被构造成拧在水龙头或管子的端部上，其出口端被设置成具有例如拧在其上的喷头等部件。

为便于理解，在图3中传动组件41被略微概念化。如图3所示，传动组件41包括多个齿轮，即从第一齿轮45开始、第二齿轮46A、第三齿轮46B和最后的齿轮47。这些齿轮与图4a～4c中示出并在后面论述的传动轮牙和复位臂连接。

装置40包括带有大圆柱端的管状壳体48，大圆柱端设有用于轴向定位进口通道49的螺纹。装置40的出口端50包括较小的圆柱形部，该圆柱形部通过截头圆锥形减重部51与壳体部48隔开。

轴42延伸进入出口端50，在其外端上设有弹簧52和阻挡件53，阻挡件53可沿轴42移动，且形状象轮子，带有朝着装置40的进口端定向的圆周轴向突出件54。

阻挡件53的形状象圆盘或轮子，并面对着最后的齿轮47。齿轮47设有被设计用于在最后的齿轮47已转动预定距离之后撞击突出件54的凸轮表面或等同结构。角运动可以是例如270°。

齿轮45～47按照典型的传动系统工作。例如，齿轮45转动360°使齿轮46A进行增量式转动。当齿轮46A已转动360°时，这又使下一个齿轮46B进行增量式转动。然后，这又使最后的齿轮47按照上述相同的方式进行增量式转动。

上述结果是，该传动系统是测量流过装置40的水量的有效的计量机构，因此，在最后的齿轮47转动预定角距离并撞击突出件54之前，阻挡件不向出口44移动且不关闭出口44。

在装置40的进口端，诸如水等流体通过进口43进入，然后流过包括工作腔室56、活塞57和顶板58的旋转式流量部件55。该部件与常规水表中使用的相似。工作腔室56是带有中央圆形壁59和在该壁中心区内的中央凸出部60的圆柱形碗状部件。

活塞57也是圆柱形的，带有通常位于柱体两端中部的隔壁61，并带有贯穿该隔壁61的穿孔62、在隔壁61一侧上的金属中央凸出部63和在隔壁61另一侧上的塑料凸出部(图未示)。闸板64安装在圆周狭槽65中，圆周狭槽65在圆周壁66中轴向延伸。

顶板58是圆形的，呈圆盘状，优选具有中央开口，通过中央开口来定位与轴42的进口端配合的控制轴67。还设有与轴42联接的结合头部68。

轴67的进口端位于顶板58的进口侧，并设有一个以上的放射状叶片或翅片69，叶片或翅片被设计用于当水流过进口并撞击它/它们时转动轴67。

优选的是，每个叶片或翅片都位于顶板下侧上的圆柱形凸台内。

根据一个实施例，叶片可以是带有安装在轴67的下端上的放射状突出件的凸缘形式。

借助从位于顶板的中央孔内的圆柱形壳体延伸的诸如腹板等支撑结构使轴67优选地轴向定位并保持在适当的位置。

复位锥体70安装在轴42的进口端上并靠近第一齿轮45，弹簧71将复位锥体与齿轮45隔开，弹簧71迫使复位锥体向装置40的进口43移动。复位锥体的小端设有小壳体，用于收容弹簧71的进口端。

复位锥体70的较大端设有与轴67的结合头部68联接的圆盘。

在操作中，装置40与例如淋浴间的管子的螺纹端连接。打开水龙头，水流过进口43，并通过其底壁中专门形成的开口(图未示)进入工作腔室56。由于该部件的设计，轴向流过底壁中的开口的水以涡流形式绕着圆柱壁59引入并流动。然后水通过活塞57中的隔板61，并绕着部件55的中央轴以涡流形式流动，致使水撞击轴67的叶片并转动轴67。轴67的旋转运动致使复位锥体70旋转运动，复位锥体70在背后水压的作用下朝着出口轴向移动，并与齿轮45的齿啮合。在这一方面，复位锥体70背后的水压足以克服弹簧71所施加的轴向力。

随着第一齿轮45转动，如上所述，使下一个齿轮增量式转动，持续下去，直到最后的齿轮47转动足够距离，从而克服弹簧52的力驱使阻挡件53朝着出口44轴向移动，并使阻挡件53基本关闭出口44。

正如第一实施例，优选的是阻挡件不完全截流通过出口44的流量，而是使水滴通过出口44。

根据一个实施例，水首先通过装置40，使得复位锥体仅驱动四个减速齿轮之中的第一减速齿轮。随着水通过顶板58，水向前推动复位锥体，打开复位机构。当减速齿轮45已转动360°时，它使第二齿轮46A转动了十分之一圈，持续下去，直到最后的齿轮47转动了十分之一圈。因此齿轮减速比如下：

齿轮1转动1000次；

齿轮2转动100次；

齿轮3转动10次；以及

齿轮4转动1次。

当最后的齿轮47已转动了360°的十分之九时，它向前推动阻挡件53，从而稍微减少水流，然后在接下来的十分之一圈里，齿轮47进一步朝着出口向前推动阻挡件，从而完全关闭出口，或者可选择地，尽可能地迫使阻挡件进入出口，只允许水滴还能通过出口。

允许滴流通过出口的水量可以通过使阻挡件小于出口来确定。

正如第一实施例，当关闭水龙头时，释放了作用在阻挡件上的压力，允许弹簧52将阻挡件53推回至其初始位置，并允许锥体也被弹簧71推回至其初始位置。

当复位锥体被推回至其初始位置并因此从第一齿轮45滑脱时，该装置有效复位，并且齿轮可全部转回它们的初始位置。这是因为在锥体70端部上的接合部件72与第一齿轮45的齿脱离开。

可以根据需要对为水提供旋转式流动的进口部件55进行改进。如前所述，为便于理解，所描述的部件与水表中使用的相似。用于引入涡流的水的部件的其它设计也可应用于本发明。

图4a～4c示出本发明的传动组件的一个实施例。在该实施例中，复位臂73、74、75和76与各齿轮的棘齿或凸轮表面配合。优选的是，它们根据上面举例说明的齿轮减速原理工作。

如图4a所示，可清楚地看出复位锥体70的结合头部90与第一齿轮45的第一轮牙91啮合。

上面所描述的第一实施例和第二实施例概括地论述了本发明的液压和机械形式。在每一种情况下都可以通过出口排出固定量的水。尤其是在该装置带有作为本发明另一可选特征的体积指示的情况下，能更清楚地指示出所用的水量。

根据本发明的另一实施例，本发明的电子形式包括用于感测流过管道的流体量或者可选择的流体流过管道所用时间的电子装置。在每一种情况下都可以利用电子传感器来测量水量，使得当达到预定水量时可以关闭电动阀，从而使流体流动减少成滴流。因此关于淋浴应用，电子流量传感器将检测通过水管流到淋浴出水口的水量，该检测的数据将被传送到能够计算出是否预定量的流体已通过传感器所处的位置的微处理器。当达到预定量时，与电动阀连接的微处理器会关闭阀。阀不会完全关闭，从而提供水滴作为已经达到允许的水量的指示。

还应注意的是，因为阀没有完全关闭，所以这会减轻潜在的水锤问题。

微处理器还可以与用于感测当关闭水龙头时发生的压降的传感器连接。当检测到这种现象时，该装置将复位/初始化以显示由传感器感测到的液体/水量为零。

根据本发明的另一实施例，电气形式可以在单个淋浴头设备中体现，该淋浴头设备配备有淋浴喷头和在喷头进水口处的传感器，淋浴喷头进水口与水管的端部连接。微处理器可以防水的方式位于淋浴喷头的外表面上，并且可设有数字读出器，以确定体积的流体流量。

除上述之外，该装置可以具有阈值设定功能，使用户能够设定水量的阈值。因此作为限制用水增大的例子，可以减小阈值，从而限制可通过淋浴喷头排出的水量。

根据本发明的另一实施例，可以利用本发明的液压、机械和电气形式的组合。

根据本发明的另一实施例，电子显示器可被设置在根据本发明装置的任一种形式的外表面上。

应理解的是，如果在此提到了任何现有技术的出版物，并不认为在澳大利亚或任何其它任何国家承认该出版物构成本领域公知常识的一部分。

在本发明所附的权利要求书和上述说明书中，除非上下文由于明确语义或必要暗示而另有要求，否则词语“包括”或其等同变形用作开放式含义，即指明存在所述特征，但是不排除在本发明的各实施例中存在或增加其它特征。

Claims (32)

1.一种用于控制流体流量的装置，包括具有进口和出口的主腔室、可在所述出口打开的初始位置和所述出口至少部分关闭的最终位置之间移动的控制件、用于迫使所述控制件向所述初始位置移动的迫动机构和用于当所述控制件在所述最终位置时允许流体滴流出所述出口的滴流机构。

2.如权利要求1所述的装置，包括用于允许所述迫动机构将所述控制件移向所述初始位置的复位机构。

3.如权利要求2所述的装置，其中所述控制件包括活塞，所述活塞包括盘状件。

4.如权利要求3所述的装置，包括被流过所述进口的流体驱动的驱动机构。

5.如权利要求4所述的装置，其中所述驱动机构包括传动组件。

6.如权利要求5所述的装置，其中所述驱动机构包括用于在预定时间段之后移动所述控制件的定时器。

7.如权利要求5所述的装置，其中所述驱动机构包括用于在预定流体量已通过所述进口之后移动所述控制件的控制器。

8.如权利要求6所述的装置，其中所述驱动机构包括安装在轴上的多个齿轮，第一齿轮可与安装在所述轴上并相对于所述轴可轴向移动的驱动件配合。

9.如权利要求7或8所述的装置，其中所述控制件包括用于至少部分关闭所述出口的阻挡件。 

10.如权利要求7所述的装置，其中所述驱动机构包括安装在所述轴上的多个齿轮，第一齿轮可与安装在所述轴上并相对于所述轴可轴向移动的驱动件配合。

11.如权利要求10所述的装置，其中所述控制件包括安装在所述轴上并具有轴向突出件的轮子，所述突出件可与最后的齿轮的配合部配合。

12.如权利要求11所述的装置，其中所述配合部包括在其远端面上的轴向壁或突出件。

13.如权利要求12所述的装置，包括用于当复位机构启动时使所述控制件相对于所述最后的齿轮返回至初始角位置的定心机构。

14.如权利要求13所述的装置，其中所述复位机构包括用于当来自所述进口的流体压力消除时允许所述迫动机构迫使所述控制件返回至其初始位置的触动件。

15.如权利要求13所述的装置，其中所述定心机构包括弹簧。

16.如权利要求12所述的装置，其中所述传动组件包括具有控制齿轮的控制臂，所述控制齿轮用于控制所述轴上的齿轮。

17.如权利要求16所述的装置，其中所述控制臂包括多个控制杆，一个控制杆用于所述轴上的一个齿轮。

18.如权利要求17所述的装置，其中所述轴上的每个齿轮包括在近端围绕中心同心排列的轮齿，用于与一个控制齿轮的轮齿啮合。

19.如权利要求18所述的装置，其中所述轴上的所述齿轮包括在其远端或表面上的接合凹部，用于与一个控制齿轮上的齿啮合。 

20.如权利要求1所述的装置，包括带有用于连接管道的进口连接件的主壳体。

21.如权利要求20所述的装置，其中所述主壳体包括用于连接淋浴头的出口连接件。

22.如权利要求21所述的装置，其中所述主壳体包括用于连接管子的螺纹的进口连接件。

23.如权利要求21或22所述的装置，其中所述壳体包括在所述主腔室内的进口腔室，所述进口腔室与活塞腔室被进口腔室隔壁隔开，所述进口腔室隔壁具有允许流体从所述进口流到所述活塞腔室的至少一个开口。

24.如权利要求23所述的装置，包括进口腔室壁，所述进口腔室壁包括隔开所述进口腔室与所述活塞腔室的隔壁。

25.如权利要求24所述的装置，其中所述控制件包括具有圆柱件的活塞，所述圆柱件带有在所述进口腔室壁的侧壁上滑动的侧壁。

26.如权利要求25所述的装置，包括贯穿所述隔壁延伸的至少一个孔，从而允许流体在所述进口腔室和活塞腔室之间流动。

27.如权利要求1所述的装置，包括用于当预定水量已通过所述出口时进行指示的指示器。

28.如权利要求1所述的装置，其中所述控制件包括电动阀。

29.如权利要求28所述的装置，包括用于检测进入所述进口的水量的传感器。 

30.如权利要求29所述的装置，包括与所述传感器和所述控制件连接的数据处理器，用于当预定流体量已通过所述进口时控制所述控制件的操作。

31.如权利要求30所述的装置，其中所述迫动机构包括用于驱动所述电动阀的电机。

32.如权利要求1所述的装置，包括用于显示预定流体量的电子显示器。 

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