CN102047025A - 具有流量控制单元的水装置和过滤器组件 - Google Patents

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Abstract

一种水装置(1)具有用于控制水流的水流控制单元(2)。控制单元(2)包括节流器(6)和与节流器(6)为串行流体连通的止漏器(12)。止漏器(12)在节流器(6)的入口(9)与出口(10)之间的压力差的预定值以下切断流量。

Description

具有流量控制单元的水装置和过滤器组件
技术领域
本发明涉及一种具有用于控制水流的水流控制单元的水装置和一种过滤器组件。
背景技术
净水短缺在许多国家是死亡和疾病的首要原因从而每年夺取许多人的生命并且引起广泛的各种疾患。水处理对于缓解人们的健康状况和防范因饮用不安全或者受污染的水而遭受的疾患影响是必要的。水在许多国家是一种稀缺而昂贵的资源。用于废水处理的方法具有与这样的水处理消耗的能量关联的广泛关注。虽然可以回收和再利用废水，但是一般认为避免不必要的水溢出至关重要。出现这样的溢出可以归因于例如龙头维护欠佳、有故障的管连接或者在水系统的各种部件中的用坏的垫圈或者疏于关闭龙头、水龙头等所引起的泄漏。
具有水流控制单元的水装置一般应用于水处理并且可以服务于各种调节目的，例如冷却、加热或者水的净化。它们也可以适于作为一种用于按量分配从蓄水器或者公共水系统分流的某一水量的剂量的手段。水装置可以并入于公共水系统中或者可以在家庭环境中用作在到达龙头之前过滤水的柜下装置或者用作可以装配有龙头的终端设备。水装置可以借助用于防止粒子通过的机械过滤或者通过对水的化学处理来处理水。
发明内容
本发明的目的在于提供一种在无需水时防止漏水的、开篇段落中所述种类的水装置。
根据本发明，这一目的的实现在于控制单元包括：节流器；以及与节流器串行流体连通的止漏器，其在节流器的入口与出口之间的压力差的预定值以下切断流量。
控制单元控制水流。在正常需要水期间，经过装置和节流器的水流将引起在节流器的入口与节流器的出口之间的压力降。众所周知经过节流器的水流体积——不可压缩——具有在节流器两端的压力降(即在节流器的入口与出口之间的压力差)效果。压力降的量值随流量增加而增加并且如果水流减少或者停止(例如当用户在无需更多水时关闭龙头的情形中)而减少。如果水流的量值在预定和最小水流以下，则可以认为用户实际上无需水；在所述预定和最小流量以下的这样低的水流表明漏水，并且所述预定和最小水流将称为流量的泄漏限制。
泄漏限制对应于在根据本发明的控制单元的节流器的入口与出口之间的压力差的预定值。当经过节流器的流量减少并达到泄漏限制时，在节流器两端的压力差的预定值得以建立并且止漏器切断流量。止漏器与节流器串行流体连通，因而切断经过节流器的流量。因此在节流器的入口与出口之间将无压力差，这意味着压力差将保持低于与泄漏限制对应的预定压力差。将维持切断状态直至控制单元检测到新的和有意的水需求并且例如通过向止漏器提供用于打开通向节流器的串行通路的信号来取消止漏器关闭和对应水流切断。可以通过本身为本领域技术人员所知的公知特征来实现控制单元对于需求的检测以及提供打开信号；它们并不形成本发明的部分并且对于实现上文提到的目的而言并非必需。
在根据本发明的水装置的一个有利实施方式中，该装置具有滤水器和用于累计已经流过滤水器的水体积的流量累计单元，其中滤水器与节流器为流体连通的，用于将水流限定在给定时间段流过滤水器的最大水量。
在已知水设备中，流量累计单元例如常用来预测滤水器的寿命终止或者设备已经调节(例如排出、加热或者冷却)的水量。在这样的已知水处理设备中，水通常在流过设备之时驱动水涡轮。涡轮驱动多个齿轮并且最终驱动用于在水处理设备并且例如容纳于该设备中的滤水器处理了预定最大数量的水之后切断流量的装置。当经过这样的水处理设备的水流在某一水位或者——使用前述术语——在泄漏限制以下时，涡轮的旋转可能未对应于流过装置并且例如由过滤器处理的水量。在这样的情形中甚至可能出现沿着涡轮维持有限水流而未引起涡轮的旋转或者流量累计单元的登记(例如在水经过龙头泄漏的情形中)。当这一情形继续或者发生多次时，例如当频繁接通和关断系统以过滤少量水时，即使过滤器的安全和有效使用时段已经过期仍然不会切断流量。已知水设备通常包括限流器。流量限制保证设备的安全工作，如例如在过滤情况下，其中限流器保证水在过滤器中保留一段时间，该时间段足以保证对水的有效纯化而又同时保护过滤器免受因过量水流引起的‘吹穿(blow through)’损坏。如上文所述，经过装置的水流在限流器两端引起压力降。限流器的入口中的压力与限流器的出口中的压力之差依赖于水流、即在给定时间段中流过节流器的水量。所述压力差分别将随着经过限流器的水流增加而增加并且将在经过限流器的流量减少或者停止时减少或者甚至消失。在临界最小流量以下，累计单元的涡轮仅能不准确地检测流过过滤器的水量，因为水在所述临界流量以下基本上绕过涡轮而未引起涡轮驱动累计单元的齿轮。这一临界最小流量对应于在限流器两端的临界最小压力差或者临界最小压力降。在临界最小压力降以下，累计单元未恰当登记流量。临界最小压力降依赖于累计单元的灵敏度。流量累计单元的特性(例如涡轮的形状、齿轮数目和在齿轮之间的传动摩擦)决定灵敏度和临界最小压力差(在该压力差以下不可能准确登记)。通过将限流器的入口与出口之间的预定压力差与在限流器两端的临界最小压力降相匹配，流量控制单元将在流量将要降至临界最小流量以下时借助止漏器来切断流量。避免了小水流。保持了累计单元的准确度。可以可靠地预测过滤器的寿命终止。在滤水器设备中，过滤器的寿命终止指示通常由在已经过滤预定体积之后停止流量的阀提供。虽然流量累计和关断机制可能相对地昂贵和复杂，但是它们已经被公认为最准确的寿命终止指示手段，尽管其昂贵且复杂。尤其是在处理低水量(即在给定时间段中有限数量的水流过装置)之时，对处理的水量的准确测量仍然困难。这样的不准确测量降低了针对过滤器盒的寿命终止预测的可靠性。通过避免小流量，本发明提供了改善的已经流过装置的总水量的登记准确性。通过将止漏器也作为在已经过滤预定体积之后停止流量的阀或者作为用于在处理预定数量的水之后切断流量的装置来使用，可实现减少流量累计和关断机制的成本和复杂性。因为节流器用于限制水流，因此也可实现减少成本和复杂性。
在根据本发明的一个优选实施方式中，该装置具有用于存放某一数量的过滤水的蓄水器，其中水流控制单元具有用于维持所述蓄水器中的预定水位的水位控制器，该水位控制器包括止漏器。
多数过滤系统需要大量时间以保证对水的恰当纯化。认为可以在可接受的时段内从装置分流若干份饮用水是便利的。出于这一原因，该装置具有可以存放适当体积的过滤水的蓄水器。当无需水时，应当恢复蓄水器中的水位以达到最大水位。当达到最大水位时、即当完全填充蓄水器时，水位控制器切断水流并且防止以超过最大水位来填充蓄水器。如果从蓄水器分流过滤水，则在蓄水器中的水位将降至最大水位以下。在流体控制单元或者水量控制单元中包括的水位控制器现在将响应于水位低来打开以允许新鲜过滤水流到例如蓄水器中。因此，在控制蓄水器中的水位时涉及到打开和关闭。在水位控制中涉及到止漏器是有利的，并且——当止漏器存在于水流控制单元中时——无需用于打开和关闭的单独设备。若干水位控制方式可用，例如感测器检测水位并且向水流控制单元反馈感测器信号。感测器可以是光学、电容或者电感器件。取而代之，如下文将描述的那样，机械装置可以有利地应用于水位控制。
在一个优选实施方式中，水位控制器包括位置响应于蓄水器中的水位的可移动元件和杠杆，该杠杆围绕相对于蓄水器固定的位置可转动地装配，杠杆的一端固着到可移动元件，其中止漏器可由杠杆对接。
已知这样的布置颇为可靠、易于制造并且相对低成本。
根据本发明的用于水装置的过滤器组件具有过滤器、节流器和与节流器串行流体连通的止漏器，用于在节流器的入口与出口之间的压力差的预定值以下切断经过过滤器的水流。
附图说明
将参照以下附图进一步阐明和描述本发明的水装置和过滤器组件的这些和其它方面：
图1a-图1c是根据本发明的实施方式的示意表示。
图2a-图2b是根据本发明的水装置实施方式的示意表示。
图3是根据本发明的流量控制单元的一个实施方式的示意表示。
图4a-图4c是根据本发明的止漏器的一个实施方式的示意表示。
图5是根据本发明的阀体和阀座的一个实施方式的示意图。
图6是示出了随时间变化的水流的曲线图。
图7是示出了随时间变化的水流的曲线图。
具体实施方式
在下图中，相同标号表示相同或者相似部件。
在图1a和图1b中，第一虚线框示意地描绘了水装置1。水装置1在第一虚线框内具有由第二虚线框表示的流量控制单元2。可以打开龙头4以实现使水流100经过装置1。水流100由流量控制单元2控制。流量控制单元2包括节流器6。在正常需要水期间，经过装置1和节流器6的水流100将在节流器6的入口9与节流器6的出口10之间引起压力降ΔP。流量控制单元2具有止漏器12。止漏器12经由两个连接14和16链接到流量控制单元中。止漏器12具有两个切换位置。在图1a中描绘了第一切换位置。在第一切换位置在两个连接14与16之间建立流体连接，从而水流100可以流过止漏器12。在图1b中描绘了第二切换位置。在如图1b中所示的第二切换位置阻止从连接14到16的通路，并且水不能流过止漏器12。公知为液压2/2阀的液压符号表示图1a和图1b的止漏器12。可以在对止漏器12的组合作用之下实现两个切换位置。该组合作用归结于手动操作的按钮20、经由流体命令线22在节流器6的出口10的液压压力和经由弹性元件18的机械作用。
下文说明止漏器的操作。在第一切换位置(图1a)，在节流器6两端的压力降ΔP的量值依赖于水流100。压力降ΔP随水流100增加而增加并且如果水流100减少则减少。可能出现若干如下情形，其中水流100将达到与泄漏流量对应的量值。如果用户在无需更多水时关闭龙头4或者如果龙头4几乎但是未完全关闭或者在少量水无意中经过水装置1泄漏的情形中则情况可以如此。可以预定用于水流100的如下值，在水流的该预定值以下可以认为用户实际上无需水。在所述预定和最小流量以下的这样低的水流表明漏水，并且所述预定和最小水流将被称为流量的泄漏限制。
泄漏限制对应于在控制单元2的节流器6的入口9与出口10之间的压力差ΔP的预定值。当经过节流器6的水流100减少和达到泄漏限制时在节流器6两端的压力差ΔP的预定值得以建立。随着流量减少，在出口10的液压压力将接近在入口9的液压压力。因此在出口10的液压压力将上升。
入口9与供水系统24如公共水系统或者加压蓄水系统为流体连通的。随着流量减少，在出10中的液压压力将接近在入口9中的液压压力。因此，泄漏限制的出现将对应于在节流器6的出口10中的压力升。所述压力升经由流体命令线22来传达并且倾向于逆着弹簧18的作用移动2/2阀以向关闭位置切换。在关闭时，2/2阀切换至如图1b中所示的位置。
在图1b中，经过装置1和控制单元2的水流100由2/2阀或者止漏器12中断。如果需要水的用户打开龙头阀4，则止漏器12将保持关闭，因为在龙头4与止漏器12之间无互作用。为了打开止漏器12，用户必须手动操作按钮20以使止漏器12处于图1a的配置，其中在两个连接14与16之间再次建立流体连接，从而水可以流过止漏器12。一旦用户重建水流100，则在出口10的压力下降。压力降经由流体命令线12来传达并且倾向于将2/2阀或者止漏器12保持于由弹簧18的作用来支持的打开位置。
在如图1a和图1b中所示的实施方式中，水流首先流过节流器6并且随后流过止漏器12并且最终流过龙头4。也有可能的是节流器6如图1c中所示布置于止漏器12与龙头4之间。取而代之，可以如本领域技术人员将理解的那样布置龙头使得水流首先流过龙头并且随后流过其它部件。
在图2a中示意地表示水装置1和流量控制单元2的部分。提供用于过滤水流100的过滤器34。过滤器34与感测器28串行布置。水流100在流过水装置1之时驱动感测器28的水涡轮29。机械或者电或者液压信号38向积分器30传达涡轮的旋转。积分器30对信号38进行积分。积分信号30与已经流过过滤器34的水量对应。积分器30对信号38的积分值与预定值40进行比较。预定值40与过滤器34的寿命终止对应。在信号38的积分值超过预定值40的情况下，积分器30输出用于通过止漏器12来切断流量的信号42。与根据图1a-1c所述类似地来操作止漏器并且其具有两个切换位置。在图2的实施方式中，表示止漏器12在它的打开位置、即允许水流100。
当在过滤器34寿命终止时积分器30生成信号42，激活螺线管。螺线管35通过推动止漏器12到达禁止水流100的位置来作用于止漏器12。
取而代之，信号42、44可以用来作用于可变节流器36。可变节流器36具有入口9和出口10。通过减少节流器36的节流阻力，在出口10的液压压力将增加。在出口10的这一压力升经由流体命令线22传向止漏器12并且倾向于逆着弹簧18的作用移动2/2阀12以向关闭位置切换。图2a中的虚线表示这一替代方式。
在如图2a中所示实施方式中，止漏器有利地用来在达到过滤器34的寿命终止时关闭水流100而无需利用单独和额外部件来在过滤器34寿命终止时关闭流量。
如果涡轮29有可能经由变速箱51(图2b)的子驱动来驱动门46，则获得一种颇为成本有效的解决方案。变速箱51将感测器28的推进器29的转数变换成小齿轮47的所需转数。小齿轮47作用于齿条49。门46具有可驱动地连接到齿条49的阀48。在涡轮29的转数增加时、即在过滤器34过滤的水量增加时，阀48在流过感测器28的水的作用之下下移，该作用经由变速箱51和齿条49以及小齿轮47传向平移阀48。
导管54与过滤器34的出口56为流体连通的。出口56处于如下液压压力，该液压压力超过在节流器6的入口9和出口10的液压压力。导管55作为命令线——与图2a中的命令线22类似——附着到止漏器12。因此如果向导管55传达出口56的液压压力、即如果从导管54向导管55的流体通路为可能的，则在出口56的压力将传向导管55和止漏器12。2/2阀12将逆着弹簧18的作用向关闭位置切换。
在如图2b中所示情形中，阀48阻止从导管54向导管55的流体通路。因此仍然可以从龙头4排放过滤的水。阀48保持阻止从导管54向55的通路直至在阀48中的开口52定位于导管54的出口542与导管55的入口551之间。双箭头53表示阀48在开口52定位于出口542与入口551之间之前仍然可以行进的距离。距离53对应于过滤器34的剩余寿命。一旦开口52实现从导管54向导管55的流体通路，在过滤器34的出口56与止漏器12之间的流体连通就是可能的。导管54和55现在与流体命令线22类似地作用。在出口56的液压压力传向止漏器12并且倾向于逆着弹簧18的作用移动2/2阀12以向关闭位置切换。
在图3中描绘了具有用于存放某一数量的水62的蓄水器60的水装置1。水位控制器64保证在蓄水器60中维持所需或者预定水位66。水位控制器64具有位置响应于蓄水器60中的水位66的浮子68。浮子68容纳于与蓄水器60为流体连通的浮子室70中。浮子68装配到可以围绕相对于蓄水器60固定的点74转动的杠杆72。浮子68作用于杠杆72的一端76。杠杆72的另一端78固着到止漏器12的阀体80。阀体80和阀座82容纳于阀室84的底部。阀体80可以与阀座82协作以密封水从阀室84到浮子室70和蓄水器60的通路。相对于阀座82对阀体80的关闭除了其它因素之外还依赖于浮子68的位置。浮子室70经由管道86与蓄水器60连通。
可以经由龙头88的管口从蓄水器60排水。蓄水器60中的水位66将减少。由于蓄水器60与浮子室70有流体连通，所以浮子室70中的水位等于蓄水器60中的水位。浮子68响应于水位并且浮子68的位置改变。浮子68作用于杠杆72，该杠杆在浮子室70中的水位减少时逆时针旋转。杠杆72围绕点74绕转。因此随着浮子68在水位减少时下降而上推阀体80。由于阀座82固定于阀室80中，所以在阀体80与阀座82之间形成通路。阀体80从它的阀座82提起，水可以从阀室84流向浮子室中并且经由管道86从浮子室70流向蓄水器60。经由节流器6向阀室84供水。
随着水位增加，在浮子室70中的上升水将上推浮子68。同时阀体80通过杠杆72的作用下移直至阀体80相对于阀座82密封。现在恢复蓄水器60中的水位。阀体80具有可由杠杆对接的伸长部分81和用于与阀座流体密封协作的密封部分，其中阀座具有用于引导经过伸长部分的开口。
在图4a至图4c中表示在三种不同情形中的图3的水装置的部分。在如图4a中所示情形中，在浮子室70中和在储水器60中的水明显低于所需水位90。节流器使水流100限于例如防止损坏过滤器(未示出)的指定流量。在节流器6的入口9的压力超过在节流器6的出口10的压力、即在出口10的压力相对于在入口9的压力相对低。阀室84与出口10为流体连通的，并且在出口10的相对低的液压压力传向液压室84。一方面，在室84中的低液压压力作用于阀体80并且倾向于相对于阀座82下推阀体80。另一方面，浮子68作用于杠杆72的末端76。由于浮子室70中的水位低，所以无浮力作用于浮子68。因此浮子68的重力经由杠杆72的末端76传向末端78并且倾向于将阀体80从它的阀座82向上推开。在如图4a中所示情形中，实现从阀室84到浮子室70的水通路，并且在浮子室70中的水位将上升。将经由管道86从浮子室70向蓄水器60供水。
在图4b的情形中，浮子室70中的水几乎在它的所需水位90。然而水流100仍然以适度数量流过节流器。阀体80在上升水以及包括浮子68和杠杆72的浮子机制的作用之下接近阀座82。狭窄间隙90将使水能够从阀室84流向浮子室70。间隙90对从阀室84到浮子室70的水流建立节流。由于间隙90生成的节流，所以压力降ΔP10将在阀体80两端出现，这倾向于下推阀体80并且将浮子68从水中推出上升一段距离94。同时，在节流器6两端的压力降将减少，因为在节流器6的入口9与浮子室70之间的总压力降分布于节流器9(ΔP21)和间隙90(ΔP10)。因此，在阀室84中的压力将上升并且在间隙90两端的压力降ΔP10将增加。这具有的效果在于杠杆72之上的力均衡分散并且以加速方式相对于阀体80的阀座82按压阀体80。在与节流器6的出口10为串行流体连通的阀室84中布置阀体80和阀座82因此构成根据本发明的止漏器12。在节流器6的入口9与出口10之间的压力差ΔP21的预定值以下，在阀体80两端的压力差ΔP10迅速增加，推动阀体与阀座82密封对接，并且切断流量。
在图4c中示出了阀体80和阀座82关闭从阀室84到浮子室70的流体通路。在入口9的压力经过节流器6传向出口10和阀室84。将浮子68从水中推出一段距离96。距离96超过距离94(图4c)，因为在如图4c中所示情形中在阀体80两端有总压力差ΔP21+ΔP10，而水位已经难以从图4b中的情形改变成图4c中的情形。
在图5中描绘了阀体80和阀座82的一个实施方式。阀体80具有与阀座82的对应表面协作的锥形部分。使阀体80和阀座82呈锥形增加在阀体与阀座之间的密封表面。增加的密封表面使密封例如对在更换过滤器之后可能存在于水中的粒子更敏感。为了保证相对于阀座82对阀体80的完全关闭，如果阀座82为弹性材料如橡胶并且如果例如通过弹簧83相对于阀体80的阀座82按压阀体则是有利的。
图6示出了经过根据本发明的滤水器装置的随时间变化的以毫升/分钟为单位的流速(实曲线102)。在曲线图的底部，虚直线104表示流量控制单元的最小登记限制。值在这一限制104以下的流量不被流量累计单元记录并且将引起在超过过滤器安全寿命的时段期间使用过滤器。如在比较图6的曲线图与图7的曲线图时可以推断的那样，切断行为相对地陡峭。在图7中表示经过根据本发明的止漏器的滤水器装置的随时间变化的以毫升/分钟为单位的流速(实曲线103)。如通过与图6的曲线102比较可以推断的那样，流量相对慢地改变。在限制104以下，流量累计将不记录阴影线区106表示的大量水量。频繁打开和关闭将引起过滤器在超过它的安全寿命的情况下过滤大量水。如查看图6可见，这个未检测的水量在根据本发明的水装置的情况下很有限。
尽管已经在附图和前文描述中图示和描述本发明，但是这样的图示和描述将视为示例和举例而非限制；本发明并不限于公开的实施方式。
例如有可能在如下实施方式中操作本发明，在该实施方式中交换阀和节流器的顺序或者在过滤器或者节流器的不同入口或者出口连接命令线。可以通过电、液压以及机械手段实施阀或者部件控制。本领域技术人员可以根据对附图、公开内容和所附权利要求的研究在实施要求保护的发明时理解和实现这样对公开的实施方式的其它变化。
在权利要求中，词语“包括”并不排除其它单元或者步骤，并且不定冠词“一个/一种”并不排除多个/多种。在互不相同的从属权利要求中记载了某些措施这仅有的事实并不表示不能有利地运用这些措施的组合。在权利要求中的任何参考标号不应理解为限制范围。

Claims (9)

1.一种水装置(1)，具有用于控制水流的水流控制单元(2)，其特征在于所述控制单元(2)包括：节流器(6)；以及与所述节流器(6)串行流体连通的止漏器(12)，用于在所述节流器(6)的入口与出口之间的压力差的预定值以下切断流量。
2.根据权利要求1所述的水装置(1)，具有：滤水器(34)；以及流量累计单元(28，29)，用于累计已经流过所述滤水器(34)的水量，其中所述滤水器(34)与所述节流器(6，36)为流体连通的，用于使水流限于在给定时间段中流过所述滤水器(34)的最大水量。
3.根据权利要求2所述的水装置，具有用于存放某一数量的过滤水(62)的蓄水器(60)，其中所述水流控制单元(2)具有用于维持所述蓄水器(60)中的预定水位(66)的水位控制器(64)，所述水位控制器(64)包括所述止漏器(12)。
4.根据权利要求3所述的水装置，其中所述水位控制器(64)包括位置响应于所述蓄水器(60)中的水位的可移动元件(68)和杠杆(72)，所述杠杆(72)围绕相对于蓄水器(60)固定的位置(74)可转动地装配，所述杠杆(72)的一端(76)固着到所述可移动元件(68)，其中所述止漏器(12)可由所述杠杆(72)对接。
5.根据权利要求4所述的水装置，其中所述止漏器(12)包括用于切断流量的阀体(80)和对应阀座(82)，其中所述阀体(80)或者所述阀座(82)可由所述杠杆(72)对接。
6.根据权利要求5所述的水装置，其中所述阀体(80)包括可由所述杠杆(72)对接的伸长部分(81)和用于与所述阀座(82)流体密封协作的密封部分(80)，其中所述阀座(82)具有用于引导经过所述伸长部分(81)的开口。
7.根据权利要求6所述的水装置，其中所述密封部分(80)具有用于与所述阀座(82)的密封面协作的锥形部分(801)。
8.根据权利要求2所述的水装置，其中所述止漏器(12)与所述流量累计单元(28，29)连通(51，54，46，55，38，30，44，36)用于在所述滤水器(34)过滤了预定数量的水之后切断流量。
9.一种用于水装置的过滤器组件，具有：过滤器；节流器；以及与所述节流器串行流体连通的止漏器，用于在所述节流器的入口与出口之间的压力差的预定值以下切断经过所述过滤器的流量。
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