JP2008519226A

JP2008519226A - 水流の動的制御をする装置を備えるサーモスタット混合栓

Info

Publication number: JP2008519226A
Application number: JP2007540739A
Authority: JP
Inventors: クナップ、アルフォンス
Original assignee: マスココーポレーションオブインディアナ
Priority date: 2004-11-09
Filing date: 2005-11-09
Publication date: 2008-06-05
Also published as: CN101084392A; WO2006051389A1; US7740183B2; CA2587154C; CA2587154A1; CN100580291C; US20070290054A1; ITTO20040777A1; EP1809932A1

Abstract

冷水の流れの動的な制御をする装置を含むサーモスタット混合栓は、本体の中に、本体の中で軸方向への並進運動で変位するため、および温水と冷水の流入貫通部に対して反対方向に狭める作用をするために設けられ、それによってこれらの混合比率が変化するようになっているスライダと、スライダの操作のためにこれと連結され、混合水の流出貫通部の中で延びている伸縮熱電対と、熱電対に作用するばねと、熱電対の位置を調整する手段とを含んでいる。本発明では、スライダの内部には冷水の流入貫通部の領域に環状の流入室が形成されており、さらに混合栓は中空のシリンダを有しており、該シリンダはスライダの内部に配置されるとともに、シリンダが環状の室とスライダおよびピストン自体の内部の空間との間の通路を狭める第１の位置と、ピストンが当該通路を狭めない第２の位置との間で軸方向への並進運動で変位するために設けられており、混合栓は、スライダとピストンの間で、ピストンを第１の位置に向って付勢する方向に作用する第２のばねを含んでおり、ピストンは、ピストンを貫通し、ピストンがその第１の位置にあるときに環状の流入室の領域にある、限定された半径方向の貫通部を備えており、ピストンは、ピストンの内部の空間を中間室と流出室とに区分し、流れのための軸方向の仕切られた貫通部がある横方向の壁部を有している。本装置は、流入圧力の変化に実質的に影響を受けないままに保たれる。

Description

本発明は、混合栓に供給をする冷水流の動的制御をする装置を含んでいるサーモスタット混合栓に関する。

大きい流量を管理するのに適しているサーモスタット混合栓は、これに対して要求される流量が、混合栓の設計の基準となっている最大流量よりはるかに少ないときには機能しないのが普通であり、このような事態は、たとえば複数のシャワーを備える設備への供給を行うのに適しているサーモスタット混合栓が、ただ１つのシャワーへの供給のために用いられるような場合に生じる。

こうした状況のもとでは、サーモスタット混合栓はその安定性を失って振動状態となり、その結果、混合栓から排出される水流は、冷水と温水の混合の比率が絶えず変化することになり、そのために、利用者にとって不快でありかつ危険になりかねない温度変動が生じることになる。

この欠点は、小さい流量の混合水を送出しようとするときにはサーモスタット混合栓に供給される冷水流に抵抗を与え、大きい流量の混合水を送出しようとするときにはこの抵抗を抑制もしくは低減することによって、取り除くことができる。

こうした操作は、流れの動的制御をする装置によって自動的に行われ、このような装置では、受け取る流量が減ったときには、入ってくる冷水に提供される通過断面積を減らし、大きい流量が要求されるときは、これよりも広い通過断面積を再度成立させることが意図されている。

しかしながら、流れの動的制御をする公知の装置はさまざまな欠点を有している。特に、このような装置はその構造やその寸法に鑑みて、必然的に、混合栓への冷水の流入部と直列に設備に組み込まれ、混合栓そのものに組み込むことはできない部材にならざるを得ない。そのため、装置の正確な機能形態のためには、冷水の流入圧力に依存してばねの負荷を調整しなくてはならない。このことは、設備に存在している圧力条件に合わせて装置を設置時に調節しなければならないという帰結をもたらし、また他方では、冷水の流入圧力に著しい変動が起こると、装置の機能形態がもはや正常ではなくなるという帰結をもたらす。

本発明の主要な課題は、サーモスタット混合栓への取付が可能となるように構造が簡素でなくてはならず、広い範囲にわたって機能を流入圧力に依存させなくてもよく、したがって、装置がその設置を行うときに調整を必要とせず、また、流入圧力の著しい変動が起こったときでも異常な機能をしない、冷たい流入水の動的制御をする装置を含むサーモスタット混合栓を提供することにある。

本発明のさらに別の課題は、構造が簡素であるとともに、それ自体としては流れの動的制御をする装置を含んでおらず、流れの動的制御をする別個の装置を備えている類似のサーモスタット混合栓に比べて低コストであり、かつ、高い信頼度と長い耐用寿命を保証する、流れの動的制御をする装置を含む上述した種類のサーモスタット混合栓を提供することにある。

上述した課題は本発明によれば、冷水の流入貫通部、温水の流入貫通部、および混合水の流出貫通部を備えている本体の中に、本体の中で軸方向への並進運動で変位するため、および温水と冷水の流入貫通部に対して反対方向に狭める作用をするために設けられ、それによってこれらの混合比率が変化するようになっているスライダと、スライダの操作のためにこれと連結され、混合水の流出貫通部の中で延びている伸縮熱電対と、熱電対および前記装置の本体に作用するばねと、熱電対の休止位置を調整する手段と、熱電対およびその位置を調整する手段を連結するロッドとを含んでいるサーモスタット混合栓において、スライダの内部には冷水の流入貫通部の領域に環状の流入室が形成されており、さらに混合栓は中空のシリンダを有しており、該シリンダはスライダの内部に配置されるとともに、シリンダが環状の室とスライダおよびピストン自体の内部の空間との間の通路を狭める第１の位置と、ピストンが当該通路を狭めない第２の位置との間で軸方向への並進運動で変位するために設けられており、混合栓は、スライダとピストンの間で、ピストンを第１の位置に向って付勢する方向に作用する第２のばねを含んでおり、ピストンは、ピストンを貫通し、ピストンがその第１の位置にあるときに環状の流入室の領域にある、限定された半径方向の貫通部を備えており、ピストンは、ピストンの内部の空間を中間室と流出室とに区分し、流れのための軸方向の仕切られた貫通部がある横方向の壁部を有しており、該貫通部は、熱電対とその位置を調整するための手段との間を連結するためのロッドで貫通されていることによって解決される。

このようにしてピストンは冷水の場合にだけ、その第１の（休止の）位置にあるときに混合栓の入口を狭め、限定された輸送量の流れを可能にする。この流れは、サーモスタット混合栓が基準として設計されている流れよりもはるかに少ないにもかかわらず、冷水の入口の狭隘化が成立しているおかげで、サーモスタット混合栓の機能形態の障害を引き起すことがない。

中間室で生成される圧力は、流れが流入室から限定された半径方向の貫通部を通って中間室へと通過するときに受ける圧力低下によって規定され、流出室で生じている圧力は、ピストンの横方向の壁部に存在している軸方向の仕切られた貫通部を貫流するときに流れが圧力低下を受けるので、前者の圧力よりも小さい。復帰ばねの作用と反対の方向に軸方向でピストンに及ぼされる作用は、実質的に、中間室に生じている圧力と流出室に生じている圧力との差異に基づいており、この圧力差はピストンの横方向区域に作用して、復帰ばねの力を克服しようとする。ピストンの外套に設けられている限定された貫通部の断面、ピストンの横方向の壁部に設けられている仕切られた貫通部の自由断面積、および復帰ばねの力を適切に設定すれば、サーモスタット混合栓に不安定さを引き起す可能性がある最大の流れよりも少ない流れが排出されている限り、ピストンがその第１の位置から第２の位置へ変位しないようにすることが可能である。

逆に、上に定義した流れよりも多い流れが流出室に要求されると、この大きい流れがピストンの横方向の壁部に設けられた軸方向の仕切られた貫通部を貫流するときに受ける圧力低下に基づき、流入室に生じている圧力が低下し、ピストンに作用する圧力差が増えて、復帰ばねの力を克服する。するとピストンはその第２の位置へと変位し、それによってピストンは、流入室から中間室へ、そして流出貫通部へと向う流れの通路を解放する。

ピストンの変位を制御ないし調節するのは、装置の各室の中で生じている絶対圧力ではなく、中間室と流出室の間の圧力差であり、この圧力差は、流れおよびこれに抗する抵抗に左右されるが、絶対圧力には左右されないので、装置の機能は広い範囲にわたって流入圧力に依存せず、ひいては、この装置は設置の過程でいかなる調節も必要とせず、流入圧力が著しく変動したときでさえ機能の異常を示すことがない。

流れの動的制御をする上に説明した装置が非常に簡素であり、その寸法が低減されていることによって、サーモスタット混合栓への取付は何の問題ももたらさず、本発明により、従来技術では必然的に別個の追加部品を形成せざるを得ない流れの動的制御をする装置を、それ自体の中に含んでいるサーモスタット混合栓の製造を可能にする。

本発明の対象物の上記およびそれ以外の特徴、課題および利点は、限定をする例を示すものではない添付の図面を参照した、いくつかの実施形態についての以下の説明からいっそう明らかである。

図１は、サーモスタット混合栓の機能形態を安定化させる機能を有する、入ってくる冷水の流れの動的制御をする装置を本発明に基づいて含んでいるサーモスタット混合栓を、軸方向断面図で示している。

この混合栓は、本体１に挿入されたカートリッジの本体２の上側部分により差込栓のような形式で閉止された本体１を含んでいる。本体１は、冷水の流入接続部３と、温水の流入接続部４と、混合水の流出接続部５とを形成している。冷水の流入接続部３と温水の流入接続部４は、本体１のそれぞれの環状の流入貫通部６ないし７の中へと延びており、これらの環状の貫通部には、カートリッジ２の本体に形成された、それぞれの流入貫通部８ないし９が対応している。

カートリッジ２の内部には、スライダ１０が軸方向へ変位可能なように組み付けられており、このスライダ１０は、流入貫通部８および９をそれぞれ反対方向で狭め、それによってスライダ１０に入ってくる冷水と温水の流量を反対方向で改善し、そのようにして、流出接続部５に送り出される混合水の混合比率と温度を改善するように設計されている。

スライダ１０は、貫通部が貫通する横方向の壁部１１を有しており、この壁部には、混合水の流出接続部５に向って延び、混合水の温度に依存して伸張し、それによってスライダ１０を変位させる伸縮熱電対１２が取り付けられている。この配置にはばね１３が作用しており、それに対して、ばね１３と反対の側に配置され、調節のために利用者にとってアクセス可能な調節・安全装置２６が、ロッド２４を介してスライダ１０の休止位置を規定する。適当なシール材が、周知のやり方で、水密性を成立させなければならない個所に配置されているが、詳しくは説明しない。以上に説明した各部分はサーモスタット混合栓の従来構造であり、このような構造とその機能形態は当業者には周知である。

本発明では、スライダ１０は冷水の流入貫通部８の領域で環状の流入室１９を形成しており、スライダ１０の内部には、仕切られた貫通部１６が貫通する円筒状の外套１５を有する中空のシリンダ１４が、軸方向へ変位可能に組み付けられている。シリンダ１４は、環状の流入室１９からスライダ１０および中空のシリンダ１４への内部空間への通路を外套１５が狭める第１の位置（図面で見て上方へ変位した位置）と、外套１５がこの通路を狭めない第２の位置（図面で見て下方へ変位した位置）との間で変位する。

さらに中空のシリンダ１４は、軸方向の仕切られた貫通部１８が開いている横方向の壁部１７を有しており、この貫通部には、熱電対１２を調節手段２６に連結するロッド２４が貫いている。シリンダ１４の横方向の壁部１７と、スライダ１０の横方向の壁部１１との間には、休止位置である第１の位置に向ってシリンダ１４を付勢する復帰ばね２０が配置されている。

外套１５と、シリンダ１４の横方向の壁部１７とは中間室２１を仕切っているのに対し、シリンダ１４の横方向の壁部１７と、スライダ１０の横方向の壁部１１との間には流出室２２が仕切られている。

休止位置では、限定された半径方向の貫通部１６は限られた流れに対して、流入室１９からピストンの内部にある中間室２１へ到達し、次いで軸方向の貫通部１８および流出室２２を通って流出接続部５までさらに進み、それによって装置全体を通り抜けることを許容することを明記しておく。このような限られた流れが存在しているとき、流入室１９の圧力は冷水の流入圧力であり、中間室２１の圧力は、限定された貫通部１６を通り抜けることによって流れが受ける圧力低下に基づいて流入圧力よりも低くなっており、流出室２２の圧力は、軸方向の仕切られた貫通部１８を流れが貫流することによって受けた圧力低下に基づき、いっそう低下している。中間室２１の中に生じている圧力と、流出室２２の中で生じているこれよりも低い圧力との間の差異により、ピストンは流入室１９から遠ざかるように付勢され、この過程に抗してばね２０が作用する。

それに対してピストン１４は、流入室１９に存在している流入圧力からは実質的に影響を受けない。この圧力は半径方向でピストン１４の外套１５に働くからである。他方、流れが受ける圧力低下は、流れの強さとこれに抗する抵抗にのみ依存し、圧力の絶対値には依存しない。ひいては、ピストン１４の挙動は流入圧力の値や、その変化による影響をさほど受けない。

限定された半径方向の貫通部１６、軸方向の仕切られた貫通部１８、および復帰ばね２０は、ばね２０の作用が、サーモスタット混合栓に不安定さを引き起す可能性がある最大の流れが排出されるときにピストン１４を第１の位置から第２の位置へ変位させようとする力に実質的に一致するように、互いに相対的に設定されなくてはならない。ひいては、要求される流れが前述の最大値よりも下回っている限り、ピストン１４は図２に示す第１の位置を維持する。

それに対して、上に定義した最大値よりも多い流量が流出接続部５に要求されると、流出室２２の圧力が低下して、ピストン１４に作用する圧力差が復帰ばね２２の力を上回る。するとピストン１４は、図３に示す第２の開放位置へと変位する。外套区域１５は流入室１８と中間室２１の間の通路を狭めなくなり、流入室１８から流出室２２への流れの通路が実質的に開かれる。

その後、要求される流量があらためて減少すると、もしくは完全に停止されると、復帰ばね２２の作用が、ピストン１４に作用する圧力差を再び上回り、ピストン１４はあらためて図２に示す第１の閉止位置へと動く。

以上に説明した実施形態では、限定された半径方向の貫通部１６は、ピストン１４の外套区域１５の端部の縁部に設けられた小さい欠切部で構成されている。この場合、限定された半径方向の貫通部１６の断面に作用しながらピストンに軸方向で作用する、一般的には無視できる低減した流入圧力の成分を最低限まで減らすために、外套区域１５が薄いと好都合である。

図４および図５は、本発明による装置の別の実施形態を示している。これらの図面では、第１の実施形態の部分と同一または対応する部分には、同じ符号が付されている。

図４および図５に示す第２の実施形態は、流入室１８と中間室２１の間の限定された貫通部が、外套区域１５に設けられた１つまたは複数の小さい穴２３で構成されており、ピストン１４の外套区域１５の端部の縁部に設けられた小さい欠切部１６で構成されるのではないという事実によって、上に挙げた実施形態と異なっている。この場合には、上に挙げた実施形態では軸方向でピストンに対して働く流入圧力の無視できる成分も生じず、ピストン１４の外套１５を薄くすることに意味はない。

図４および図５は、ピストン１４とスライダ１０の間に、小さい中間スペース２５が設けられていてよいことも示している。この中間スペースはそれ自体で限定された貫通部を形成し、限定された貫通部１６または２３の作用と協働することができ、もしくは場合によりこれらの機能を全面的に担うこともできる。

以上の記載から明らかなとおり、本発明は、流入圧力の変動に対して事実上影響を受けることがなく、サーモスタット混合栓の機能形態を安定化させる、冷水の流入の動的制御をする装置をそれ自体に含んでいるサーモスタット混合栓の具体化を可能にする。設備内で発生する流入圧力に依存して復帰ばねの負荷を調整する必要がなくなり、何らかの理由でこの流入圧力が大規模に変化した場合でさえ、装置の機能のいかなる不具合も観察されなくなる。

本発明は、一例として図示して説明した実施形態に限定されるものではないことを付記しておく。種々の変形例を記載してきたが、それ以外の変形例も当業者の知見に含まれる。上記およびその他の変形例、ならびに技術的な等価物によるあらゆる置き換えを、本発明および特許権の保護範囲から離れることなく、明細書および図面に付け加えることができる。

流れの動的制御をする装置を含む本発明のサーモスタット混合栓を示す軸方向断面図である。本発明に関わる図１の混合栓の部分だけを示す、休止状態ないし減少した流れが排出される状態の図である。図２の混合栓の同じ部分を示すが、増加した流れが排出される状態の図である。本発明による装置の別の実施形態を示す、図２および図３と同様の図である。本発明による装置の別の実施形態を示す、図２および図３と同様の図である。

Claims

冷水の流入貫通部、温水の流入貫通部、および混合水の流出貫通部を備えている本体の中に、前記本体の中で軸方向への並進運動で変位するため、および温水と冷水の前記流入貫通部に対して反対方向に狭める作用をするために設けられ、それによってこれらの混合比率が変化するようになっているスライダと、前記スライダの操作のためにこれと連結され、混合水の前記流出貫通部の中で延びている伸縮熱電対と、前記熱電対および前記装置の前記本体に作用するばねと、前記熱電対の休止位置を調整する手段と、前記熱電対およびその位置を調整する前記手段を連結するロッドとを含んでいるサーモスタット混合栓において、
前記スライダの内部には冷水の前記流入貫通部の領域に環状の流入室が形成されており、さらに前記混合栓は中空のシリンダを有しており、該シリンダは前記スライダの内部に配置されるとともに、環状の前記室と前記スライダおよび前記ピストン自体の内部の空間との間の通路を狭める第１の位置と、前記ピストンが当該通路を狭めない第２の位置との間で軸方向への並進運動で変位するために設けられており、前記混合栓は、前記スライダと前記ピストンの間で前記ピストンを前記第１の位置に向って付勢する方向に作用する第２のばねを含んでおり、前記ピストンは、前記ピストンを貫通し、前記ピストンがその第１の位置にあるときに環状の前記流入室の領域にある、限定された半径方向の貫通部を備えており、前記ピストンは、前記ピストンの内部の空間を中間室と流出室とに区分し、流れのための軸方向の仕切られた貫通部がある横方向の壁部を有しており、該貫通部は、前記熱電対とその位置を調整するための前記手段との間を連結するための前記ロッドで貫通されていることを特徴とするサーモスタット混合栓。
限定された半径方向の前記貫通部、前記ピストンの横方向の前記壁部に設けられている軸方向の前記貫通部、および前記復帰ばねは、前記復帰ばねの作用が、前記サーモスタット混合栓に不安定さを引き起す可能性がある最大の流れが排出されるときに前記ピストンを前記第１の位置から前記第２の位置へ変位させようとする力に実質的に一致するように、互いに相対的に設定されていることを特徴とする、請求項１に記載のサーモスタット混合栓。
前記ピストンは限定された前記貫通部が設けられた外套区域を有していることを特徴とする、請求項１に記載のサーモスタット混合栓。
限定された前記貫通部は前記外套の端部の縁部に形成された小さい欠切部で構成されていることを特徴とする、請求項３に記載のサーモスタット混合栓。
前記外套区域は薄いことを特徴とする、請求項４に記載のサーモスタット混合栓。
限定された前記貫通部は前記外套に設けられた穴で構成されていることを特徴とする、請求項３に記載のサーモスタット混合栓。
限定された前記貫通部に加えて、またはこれに代えて、小さい中間スペースが前記スライダと前記ピストンの間に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載のサーモスタット混合栓。
冷水の流入の流れの動的制御をする装置を含むサーモスタット混合栓において、上記の記載事項および添付の図面に示された、もしくはその技術的な等価物で置き換えられた構成要件、要求事項、および機能形態を、その総体として、または種々組み合わせて、または個別に備えていることを特徴とする、サーモスタット混合栓。