JP2008519377A - 水流の動的制御をする装置 - Google Patents

Abstract

本体の中に、流入室と、流出室と、前記流入室と前記流出室の間に配置され、一方の側で前記流入室の圧力を受けるとともに他方の側で前記流出室の圧力を受けるピストンとを含み、前記ピストンは前記流入室に向って変位した第１の位置および前記流出室に向って変位した第２の位置の間で可動であり、前記ピストンは前記第１の位置では前記流入室と前記流出室の間で流れを狭め、前記ピストンは前記第２の位置では前記流入室と前記流出室の間で流れを狭めず、さらに、前記ピストンを前記第１の位置に向って付勢する復帰ばねを含んでいる、流れの動的制御をする装置。本発明によれば、前記ピストンには前記流入室から前記流出室へ向って延びる貫通部が貫通しており、前記貫通部を貫流する流れを制限するための流量制限手段が設けられており、前記復帰ばねは、前記流量制限手段により許容され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、その作用が実質的に一致するように設定されている。前記ピストンは、第１の端部では前記流入室の中に、また第２の端部では前記装置の本体に固定されたシリンダの中に、スライド可能なように取り付けられており、前記流出室と連通するとともに、前記流出室に対してアライメントされているのが好ましく、前記流量制御手段は定置のシリンダの中に取り付けられるのが好ましい。

Description

本発明は、サーモスタット混合栓の機能形態を安定化するために用いられるような、水流の動的制御をする装置に関する。

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または低減することによって、取り除くことができる。

こうしたプロセスは、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、一般に、一方の方向では入ってくる水の圧力が作用し、これと反対の方向では復帰ばねが作用するピストンを有していることが欠点である。そのため、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。このことは一方では、正確な機能形態のために、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、広い範囲にわたって機能を流入圧力に依存させなくてよく、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、流れの動的制御をする装置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上述した種類の装置を提供することにある。

上述した課題は本発明によれば、本体の中に、流入室と、流出室と、流入室と流出室の間に配置され、一方の側で流入室の圧力を受けるとともに他方の側で流出室の圧力を受けるピストンとを含み、前記ピストンは流入室に向って変位した第１の位置および流出室に向って変位した第２の位置の間で可動であり、ピストンは第１の位置では流入室と流出室の間で流れを狭め、ピストンは第２の位置では流入室と流出室の間で流れを狭めず、さらに、ピストンを第１の位置に向って付勢する復帰ばねを含んでいる、流れの動的制御をする装置において、前記ピストンには流入室から流出室へ向って延びる貫通部が貫通しており、貫通部を貫流する流れを制限するための流量制限手段が設けられており、復帰ばねは、流量制限手段により許容される最大の流れが排出されるときにピストンを第１の位置から第２の位置へ変位させようとする力に、その作用が実質的に一致するように設定されていることによって解決される。

このようにすれば、流量制限手段によって設定される限度よりも多くない輸送量で流れが装置を通過している限り、この手段は、ピストンを貫通する貫通部を貫流する、要求される輸送量の流量に対して低い抵抗を与える。

流出室の圧力は、流入室で生じている圧力よりも低く、ただしその近辺で保たれ、弱い作用を想定して設定されているのが好都合である復帰ばねの力は、ピストンをその第１の位置に保つ。

しかし、流量制限手段によって設定される限度を上回る流量が要求されると、この流量は、ピストンを貫通する貫通部を通って流れることはできず、流出室の圧力がさらに低下する。すると、流入室で生じている圧力と、流出室で生じているこの時点でいっそう低下した圧力との差を受けるピストンは、復帰ばねの弱い力を克服して第２の位置へと変位し、それにより、流入室から流出室への流れの通路が解放される。

こうして供給を受けるサーモスタット混合栓の具体的な機能を少ない流量のときに保証するために流量制限手段から流れに与えられる抵抗が十分であるように流量制限手段を選択し、かつ、流量制限手段により許容される最大の流量が排出されるときに流入室と流出室の間で生成される小さい圧力差に呼応する弱い力を及ぼすように復帰ばねを選択するだけで十分であり、それにより、排出される流量が少ない間はサーモスタット混合栓へ送り込まれる流れが制限され、これよりも多い流量が要求されると流れが解放され、それによってサーモスタット混合栓の安定性が保証される。

ピストンの変位を制御又は調節するのは、装置の各室の中で生じている絶対圧力ではなく、流入室と流出室の間の圧力差であり、この圧力差は、流れ、及びこれに対向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も機能の異常を示すことがない。

本発明の装置で用いられる流量制限手段は、市販されているものを低いコストで入手することができ、たとえばドイツ特許出願公開第４０４１１１６号明細書、ドイツ特許出願公開第１０２２０２８７号明細書、ドイツ特許出願公開第１０２２８４９０号明細書、国際公開第０１／０４７１４号パンフレットなどに種々の形態で記載された、工学で知られているバルブである。

このバルブは、流れの流量が、流量制限手段の設計によってプリセットされた限度を超えない限り、抵抗が低減された貫通部を流れに提供し、一方でこのバルブは、流れがこの限度を超えそうな傾向を示すと流れに大きい抵抗を与えて、最大限許容される値に流量が抑えられるようにする。このような種類のバルブは、たとえば特定の場合に法律上の理由からも消費量が制限されなくてはならない、シャワー等の装置にしばしば組み込まれている。このようなバルブは、さまざまな流量の限界値について入手することができ、したがって、流量制限手段を適切に選択し、復帰ばねを相応に相互設定しておけば、さまざまな固有の用途の必要性に合わせて適合化された流量制御装置を、本発明に基づいて提供するのに十分である。

ピストンは、第１の端部では流入室の中に、また第２の端部では装置の本体に固定されたシリンダの中に、スライド可能なように取り付けられており、流出室と連通するとともに、流入室に対してアライメントされているのが好ましい。

流量制限手段はシリンダの中に取り付けられているのが好ましい。

復帰ばねはシリンダの中に取り付けられていてもよく、ピストンの第２の端部に対して作用するか、または、装置の本体の底面とピストンの肩部との間で作用することができる。後者の場合、復帰ばねはシリンダの外部に取り付けられてもよく、シリンダの内部ではピストンの第２の端部が摺動する。

ピストンは、ピストンがその第１の位置にあるときに装置の本体の着座部に係合するとともに、ピストンがその第２の位置にあるときに該着座部から離れるフランジを有しているのが好ましい。このようにしてフランジは、ピストンがその第２の位置へ変位したときに流れの通路を広い範囲で解放し、そして、ピストンをその第２の位置で保とうとする連行作用を流れから受ける。このようにして、ピストンの位置が安定化される。このフランジのピストンに対する位置は、最終的に調整可能であってよい。

本発明の対象物の上記およびそれ以外の特徴、課題、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と図２には、サーモスタット混合栓の機能形態を安定化させるために使用されるような型式の、水流の動的制御をするための装置が軸方向断面図で示されている。

このサーモスタット混合栓は、本例では下側で端部ディスク２により閉止され、流入接続部３と流出接続部４を備える本体１を含んでいる。流入接続部３はその内部に流入室５を形成しており、流出接続部４はその内部に流出貫通部６を形成しており、この流出貫通部は、本体１の内部空間を占める流出室７とつながっている。

流入室５の中には、ピストン８の第１の端部がスライド可能に組み付けられており、このピストンは、ピストン８の周囲を流れが通過できるようにする円周貫通部が破断された鍔９により案内されている。鍔９は、ピストン８の第１の端部を仕切っている。

ピストン８は、図１に示す休止位置（第１の位置または閉止位置）にあるとき、環状のシール材１０によって流入室５に対して封止をしており、流入室５から流出室７への流れの貫流を妨げる。

ピストン８は、鍔９と反対の側では、ピストン８の第２の端部を形成し、本実施形態ではピストン８に別途取り付けられた部材である部材１１によって延長されている。

ピストン８とその第２の端部１１には、軸方向の貫通部が貫通している。ピストン８は、一方の側では、これを流入室から押し離そうとする流入室５に生じている圧力を受け、また他方の側では、ピストンを流入室５に向って押圧しようとする流出室７に生じている圧力を受けることが明らかである。

本体１の中には、本実施形態で厳密に言えば各端部ディスク２の上に、貫通部１３および１４を介して流出室７と連通する定置のシリンダ１２が組み付けられている。シリンダ１２の中には、ピストン８の第２の端部１１がスライド可能なようにその中で案内されている。シリンダ１２の内部には、流量制限手段１５が組み付けられている。

シリンダ１２の中には復帰ばね１７が取り付けられており、この復帰ばねは、本体１と堅固に結合されている部品と、すなわち本例では流量制限手段１５と、ピストン８の第２の端部１１との間で、ピストンを流入室５に向って押圧し、さらには、図１に示す第１の閉止位置にピストンを保とうとする、またはその位置へピストンを動かそうとする弾性的な付勢が、復帰ばね１７からピストン自体に及ぼされるように作用する。この復帰ばね１７は、流量制限手段１５により許容される最大の流れが排出されるときにピストンを第１の位置から第２の位置へ変位させようとする比較的弱い力に、その作用が実質的に一致するように設定されている。

このような状況のもとで、流量制限手段１５により許容される最大の流量を上回らない少ない流量が流出接続部４により要求されると、貫通部１６、シリンダ１２、流量制限手段１５、貫通部１３および１４を経て流出室７へと至る、すなわち流出貫通部６へと至る、流入室５を起点とする流れが生じる。

流量制限手段１５は、その流量限度を超えない流れが通過している限り、低減された抵抗を流れに与えるので、流出室７で生成される圧力は、流入室５で生じている圧力の近辺にある。

したがってピストン８には小さい圧力差が作用し、この圧力差は、上に説明したように設定されている復帰ばね１７で補って余りあるので、ピストン８は、装置がこのような流量の少ない流出状態にあっても、図１に示す第１の閉止位置にとどまる。

しかし、流量制限手段１５を通過できる流量よりも多い流量が流出接続部４によって要求されると、流出室７の圧力がかなり下がり、ピストン８に作用する圧力差が復帰ばね１７の力を上回る。するとピストン８は、図２に示す第２の開放位置へ変位する。シール材１０は、流入室５に対する封止部を形成しなくなり、流入室５から流出室７への流れの通路が実質的に解放される。

その後、要求される流量があらためて減ると、又は全面的に停止されると、復帰ばね１７の作用がピストン８に働く圧力差を再び上回り、ピストンは図１に示す第１の閉止位置へあらためて動く。

ピストン８の第２の端部を形成する部材１１とフランジ１８が結合されているのが好ましく、このフランジは、図１に示すピストン８の第１の位置では、本体１に構成された着座部１９に係合するのに対して、図２に示すピストン８の第２の位置では、フランジ１８は着座部１９から離れる。フランジ１８がこの第２の位置にあるとき、フランジは広く空いた空間を流れに提供し、復帰ばね１７の作用に対向する作用を流れから受ける。ひいてはフランジ１８の作用は、ピストン８の第２の位置を安定化させるように働く。

いま説明している実施形態について図示しているように、フランジ１８は部材１１の外側にネジ止めされているのが好ましい場合があり、それにより、ピストン８に対するフランジの軸方向位置を調整することができる。このようにして、装置の安定性の度合いを調整することができる。

図３と図４は、本発明による装置の２つ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じ部分、またはこれに対応する部分には、同じ符号が付されている。

図３の実施形態は、復帰ばね１７が、シリンダ１２に挿入されてピストン８の第２の端部１１に対して作用するのではなく、シリンダ１２の周囲に配置されており、本体１の端部ディスク２とピストンの肩部２０とに作用するという事実によってのみ、先ほど説明した実施形態と異なっている。

図４の実施形態でも、復帰ばね１７はシリンダ１２の周囲に配置されているが、ただしこの場合には、本体１の端部ディスク２とシリンダ８のフランジ１８に対して作用する。さらに図４は、シリンダ８の設計を簡素化するために、その第２の端部を形成する部材１１とフランジ１８とを単一の材料で構成できることを示している。

以上の記載から明らかな通り、本発明は、冷水の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、その流れを制御し、サーモスタット混合栓へ送り込んでその機能形態を安定化させる、水流の動的制御をする装置の具体化を可能にする。したがって、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。本装置は、単に適切な流量制限手段を選択し、それに応じて復帰ばねを設定することによって、さまざまな設置の要求事項を満たすように具体化することができる。本装置の設計は比較的簡素であり低コストである。

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。たとえば、流量制限手段をピストンの中に組み付けることもできるはずであり、また、定置のシリンダを省略して、ピストンのための別の案内手段で置き換えることもできるはずである。

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事ができる。

本発明の第１の実施形態に基づく流れの動的制御をする装置を、休止の状態で、または、減少した流れが排出される過程で示す軸方向断面図である。 図１の同じ装置を、増加した流れが排出される状態で示す図である。 図１と同様に本発明の装置の第２の実施形態を示す図である。 図２と同様に本発明の装置の第３の実施形態を示す図である。

Claims (9)

1. 本体の中に、流入室と、流出室と、前記流入室と前記流出室の間に配置され、一方の側で前記流入室の圧力を受けるとともに他方の側で前記流出室の圧力を受けるピストンとを含み、前記ピストンは前記流入室に向って変位した第１の位置および前記流出室に向って変位した第２の位置の間で可動であり、前記ピストンは前記第１の位置では前記流入室と前記流出室の間で流れを狭め、前記ピストンは前記第２の位置では前記流入室と前記流出室の間で流れを狭めず、さらに、前記ピストンを前記第１の位置に向って付勢する復帰ばねを含んでいる、流れの動的制御をする装置において、
   前記ピストンには前記流入室から前記流出室へ向って延びる貫通部が貫通しており、前記貫通部を貫流する流れを制限するための流量制限手段が設けられており、前記復帰ばねは、前記流量制限手段により許容され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、前記復帰ばねの作用が実質的に一致するように設定されていることを特徴とする、流れの動的制御をする装置。
2. 前記ピストンは、第１の端部では前記流入室の中に、また第２の端部では前記装置の本体に固定されたシリンダの中に、スライド可能なように配置されており、該シリンダは前記流出室と連通するとともに、前記流入室に対してアライメントされていることを特徴とする、請求項１に記載の流れの動的制御をする装置。
3. 前記流量制限手段は定置の前記シリンダの中に取り付けられていることを特徴とする、請求項２に記載の流れの動的制御をする装置。
4. 前記復帰ばねは定置の前記シリンダの内部に取り付けられるとともに、前記ピストンの前記第２の端部に対して作用することを特徴とする、請求項２に記載の流れの動的制御をする装置。
5. 前記復帰ばねは定置の前記シリンダの外部に取り付けられるとともに、前記装置の前記本体に固定されている部品と、前記ピストンと結合された部品との間で作用することを特徴とする、請求項２に記載の流れの動的制御をする装置。
6. 前記ピストンはフランジを有しており、該フランジは、前記ピストンがその第１の位置にあるときには前記装置の前記本体の着座部に係合するとともに、前記ピストンがその第２の位置にあるときにはこれから離れることを特徴とする、請求項１に記載の流れの動的制御をする装置。
7. 前記ピストンに対する前記フランジの位置を調整可能であることを特徴とする、請求項６に記載の流れの動的制御をする装置。
8. サーモスタット混合栓の冷水流入部へ安定化のために直列に組み付けられていることを特徴とする、請求項１に記載の流れの動的制御をする装置。
9. 特にサーモスタット混合栓を安定化させる用途に定められた、流れの動的制御をする装置であって、上記の記載事項および添付の図面に示された、また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、その総体に関して、または種々の組み合わせに関して、または個別に備えていることを特徴とする、流れの動的制御をする装置。

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