JP2008519378A - 水流の動的制御をする装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、サーモスタット混合栓の動作形態を安定化するために用いられる水流の動的制御をする装置に関する。この装置は、ピストン（８）と、ピストンを第１の位置へ強制連行する復帰ばね（１７）とを備えるバルブを有しており、そのピストンは流れに依存して２つの位置へ動くことができる。流れが閾値を下回っているとき、ピストンは第１の位置にあり、流量制限手段（１０）が流れを制限している。流れがこの閾値を上回っているとき、ピストンは第２の位置へ動き、流量制限手段が橋渡しされる。

Description

本発明は、サーモスタット混合栓の動作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、当該ミキサ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動作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、当該ミキサから排出される水流は、冷水と温水の混合液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、正確な動作形態のために、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、装置の動作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動作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動作をしない、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。

本発明のさらに別の課題は、サーモスタット混合栓に広く装備されている止水栓を組み付けることができ、したがって追加の部材を設備に取り付けなくてもすむ、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、入口接続部と、流入室と、流出室と、流入室と流出室の間に配置され、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の位置の間で可動のピストンとを含み、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、流入室は少なくとも部分的に環状であるとともにピストンを取り囲んでおり、ピストンは、流入室の領域に配置された円筒状の外套区域と、中間室を画定するとともに軸方向の仕切られた貫通部が貫通している横方向区域とを含んでおり、入口接続部と中間室の間には流量制限手段が配置されており、軸方向の仕切られた貫通部と復帰ばねは、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、ばねの作用が実質的に一致するように相互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、流入圧力によってピストンが変位することがあり得ない。なぜならピストンは主として半径方向で作用し、このプロセスは、その値がどのようなものであろうとも、ピストンをその第１の位置からその第２の位置の方向へ変位させようとはしないからである。中間室で生成される圧力は、流れが入口接続部から流量制限手段を介し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る。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、後者の圧力は、ピストンの横方向区域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くなっている。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。ピストンの横方向区域に設けられている仕切られた貫通部の断面積、復帰ばねの力、および流量制限手段の特性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、流出室で圧力低下が起こり、ピストンに働く圧力差が復帰ばねの力を上回るようになり、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、そして流出室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、装置の動作は広い範囲にわたって流入圧力に依存せず、ひいては、この装置は設置のプロセスのときに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動作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、抵抗の少ない貫通部を流れに提供する一方このバルブは、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、たとえば特定のケースでは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、本装置の各部品を上に説明したやり方で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。

中間室は装置の本体の中で流入接続部によって仕切られており、この流入接続部の中で入口室が定義されており、この流入接続部は横方向壁部を有しており、この壁部には軸方向の円周貫通部が形成されており、この円周貫通部はピストンを取り囲む環状の流入室に連通しているのに対して、横方向壁部の中心には流量制限手段が設置されているのが好ましい。

入口室と軸方向の円周貫通部は追加部材に含まれる貫通部で構成されていてよく、この追加部材は、装置の本体と、当該追加部材がその一部であるところの流入接続部との間に挿入されている。この追加部材は、打ち抜かれたプラスチック材料で製作されているのが好ましい。

ピストンは第１の閉止位置にあるときに、流入接続部の平坦な表面に当接することができ、または、この表面によって形成される着座部に部分的に係合することができる。

本発明による装置がきわめて簡素であり、その寸法が低減されていることによって、本装置は止水栓に組み込むことが可能である。サーモスタット混合栓は、その保守作業を簡単にするために止水栓をしばしば備えており、したがって、サーモスタット混合栓の標準仕様に、止水栓と、流れの動的制御をする装置とを含んでいるただ１つの追加部品を組み込むことが可能であり、２つの異なる追加部品を組み込む必要がなくなる。

特に組み付けを実施するときに 、ピストンの変位の方向と、止水栓の閉止部材の軸とを一致させるのが好ましい。

さらに、本発明の装置を含んでいる止水栓それ自体も、同様に本発明の一部である。

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動作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おり、このサーモスタット混合栓は、本例では上方で流入接続部３によって補完され、流出接続部４を形成する本体１を含んでいる。流入接続部３はその内部に入口室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。

流出室７の中には、円筒状の外套区域９と、仕切られた軸方向の貫通部１２が貫通する横方向区域１１とを有するピストン８が、スライド可能に配置されている。ピストン８の外套区域９と横方向区域１１は、中間室１６を仕切っている。

本体１の中には、ピストン８の外套区域９の周りに環状の流入室１３が形成されており、この流入室は、流入接続部３の横方向壁部１９によって仕切られるとともに、流入接続部３の横方向壁部１９に設けられた軸方向の円周貫通部２を介して、入口室５から供給を受ける。

本体１の中で流出接続部４は、貫通部１５が貫通する横方向壁部１４によって仕切られている。この壁部１４とピストン８の間にはばね１７が配置されており、このばねはピストン８をその外套区域９の縁部で、流入室１３を仕切っている流入接続部３の横方向壁部１９に向って押圧する。この状態は、図１に示す装置の休止位置である。

流入接続部３の横方向壁部１９の中央領域には、入口室５と中間室１６の間にある流量制限手段１０が設置されている。このことは、入口室５から中間室１６へ、およびその後に中間室から流出室７および流出貫通部６へと、流れの恒常的な通過を可能にするが、ただしこの流れは、流量制限手段の特性によって規定される限界値を超えることはできない。サーモスタット混合栓は安定化させられるべきなので、流量制限手段１０は、これによって規定される流量の限界が、着目するサーモスタット混合栓の振動を引き起こすことができる流量の最大値に相当するように選択される。

図１に示す休止位置のとき、流量制限手段１０によって制限される流れが、装置全体を貫流することができる。このように制限された流れが存在しているとき、入口室５と流入室１３には流入圧力が発生しており、中間室１６の圧力は、流れが流量制限手段１０を貫流することによって受ける圧力低下に基づき、流入圧力よりもわずかに低くなっており、流出室７の圧力は、仕切られた貫通部１２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１６の中に生じている圧力と、流出室７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、ピストンは流入接続部３から遠ざかるように付勢され、このプロセスに抗してばね１７が作用する。

それに対してピストンは、流入室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て決まり、圧力の絶対値には依存しない。ひいては、ピストンの挙動は流入圧力の値や、その変化による影響を受けない。

仕切られた軸方向の貫通部１２と復帰ばね１７は、ばね１７の作用が、流量制限手段１０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、ピストンは図１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４に要求されると、流出室７の圧力が低下して、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の開放位置へと変位する。外套区域９は流入室１３と中間室１６の間の通路を遮断しなくなり、流入室１３から流出室７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１７の作用が、ピストン８に作用する圧力差を再び上回り、ピストンはあらためて図１に示す第１の閉止位置へと動く。

本発明の別の実施形態を示す図３から図８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。

以上に説明した実施形態では、ピストン８が流入室１３から中間室１６への通路を解放しながら第２の位置へ動いたとき、流れは、ピストン８の横方向壁部１１の狭まった貫通部１２によって、まだある程度の狭隘化を受けている。図３および図４の実施形態では、このような狭隘化を取り除くことができる。

この実施形態では、すべての部分が図１および図２に示す実施形態の部分と同一であるが、その例外として、有害な狭隘化を引き起さないために、ピストン８の横方向壁部１１の貫通部１２がはるかに大きい直径を有しており、この貫通部の断面積は、ピストン８がその第１の閉止位置にあるとき、流入接続部３の横方向壁部１９を起点として貫通部１２へ入るように延び、流量制限手段１０に由来する流れが内部を通る管状の突起１８によって低減される。図４から明らかなように、突起１８は、ピストン８がその第２の位置へ変位すると、貫通部１２の断面積を減らすことをやめ、ひいてはこの貫通部が狭隘部ではなくなる。

図５は、接続部品が雌型ではなく雄型であることによって、上述の各実施形態と設計的に区別される実施形態を示している。さらにこの実施形態は、本例では接続部３と装置の本体１の間に挿入されて流入接続部３の一部となる追加部材１９を有する流入接続部３の設計に関して、上述した各実施形態と区別される。追加部材１９は半径方向の貫通部によって入口室５を規定し、流入室１３に連通する軸方向の円周貫通部２を形成する。追加部材１９の使用は流入接続部３の設計の簡素化を可能にし、その場合、追加部材１９がプラスチック材料で製作されれば格別に経済的である。

図６は、図５の実施形態のさらに別の構成を示している。この実施形態では、上記の各実施形態では流入接続部３の平坦な平面に当接していたピストン８の外套区域９の端部の縁部が、この平坦な平面に切欠着座部に部分的に係合している。

このような構成の利点は、流出流量が急激に変化した場合に、冷たい流入水の通過断面積の制限を抑制するプリセットされた値を流出流量が超えていないのに、第２の開放位置へピストンを移すことができる限定された変位を、ピストン８が偶然に受ける場合があるという事実にある。ピストン８の変位が外套区域９の縁部の単なる当接によって行われる場合、少なくとも一時的に、通過断面積が開放された状態が容易に生じる。それに対して、ここで図６を参照して説明している構成が採用されれば、ピストン８の限定されたランダムな変位は、外套区域９の縁部が流入接続部に設けられた着座部の範囲外にいくことがないという形で、通過断面積の制限状態を変えることがなくなり、不快な状態が生じる原因をつくることがない。

図６を参照して説明したのと同様の原理は、図７と図８の実施形態の形態でも別に形で適用される。この場合、ピストン８の外套９と、流入接続部３の一部である追加部材１９の一部との間の部分的な挿入は、部材１９の突起２９が外套９の内部へ入ることによって行われる。突起２９は、軸方向へ圧縮された状態のときに着座部に配置されるリングシール材を備えている。このシール材はピストン８の運動を若干減速させ、それによってピストンのランダムな変位を回避させ、さらには、同軸性に関わる各部分の公差を補償し、それによっていっそう簡易かつ経済的な製造が可能になる。

さらに図７と図８では、ピストン８と装置の本体１との間に、小さな中間スペース２８が設けられていることが明らかである。この中間スペースは、ピストン８が休止位置にあるときに、流量制限手段１０によって許容される流れに加えて、少ない流れの通過を可能にするものであるが、それによって装置の動作形態を変えることはなく、この装置はこの流れをも考慮したうえで計画されている。この中間スペースの存在は、各部分を比較的大きい公差で製造し、それによって少ないコストで製造することを可能にする。

図９と図１０は、休止状態で、ないし流量が大きい状態で、図６に示す流れの動的制御をするための装置を含んだ止水栓を示している。

この場合、図面の上側に示されているほうの本体２０の半分は、その形状および含まれる部品に関して、図６に示す装置の上側部分に実質的に呼応しているのに対して、本体２０の下側部分は止水栓の通常の閉止部２１を有しており、そのシール材２２は、貫通部１５が貫通している横方向壁部１４に対して作用する。この場合、本体２０は流出貫通部６を備える流出接続部４を側方に有している。このことは、通常の止水栓の構成材よりもわずかに大きいにすぎないコンパクトな構成材をもたらすとともに、２つではなくただ１つの構成材が、サーモスタット混合栓と直列に設置されることによって、設備の簡素化を可能にする。

さらにこの実施形態では、流入接続部３の一部である追加部材１９は、ピストン８が内部で滑動するシリンダ２３を形成するように延長されている。流入室１３は、このシリンダ２３に形成された開口部によって形成されている。

固有の実施形態について説明してきた本装置の各部分のさまざまな変形例は、一般に、それ以外の実施形態でも採用することができることを付記しておく。

以上の記載から明らかなとおり、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、その流れを制御して、これをサーモスタット混合栓へ送り込んでその動作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、装置の動作のいかなる不具合も観察されなくなる。本装置は、単に各部分の相互設定を選択することによって、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、有益であると思われる場合には、その簡素さと限られた寸法に鑑みて、止水栓に組み込むことができる。

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および図２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１および図２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。 本発明の第３ないし第４の実施形態を休止状態で示す図である。 本発明の第３ないし第４の実施形態を休止状態で示す図である。 本発明の第５の実施形態を休止状態で、ないしは増加した流れが排出される状態で示す図である。 本発明の第５の実施形態を休止状態で、ないしは増加した流れが排出される状態で示す図である。 図６の装置を、休止状態で図示されている止水栓にどのように組み込むことができるかを示す図である。 図９の止水栓を、増加した流量が排出される状態で示す図である。

Claims (15)

1. 本体の中に、入口接続部と、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、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の位置の間で可動のピストンとを含み、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であって、前記流入室は少なくとも部分的に環状であるとともに前記ピストンを取り囲んでおり、前記ピストンは、前記流入室の領域に配置された円筒状の外套区域と、中間室を定義するとともに軸方向の仕切られた貫通部が貫通している横方向区域とを含んでおり、前記入口接続部と前記中間室の間には流量制限手段が配置されており、軸方向の仕切られた前記貫通部と前記復帰ばねは、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、前記ばねの作用が実質的に一致するように相互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. 前記中間室は前記装置の前記本体の中で前記流入接続部によって仕切られており、前記流入接続部の中で入口室が定義されており、前記流入接続部は横方向壁部を有しており、前記壁部には軸方向の円周貫通部が形成されており、前記円周貫通部は前記ピストンを取り囲む環状の前記流入室に連通しているのに対して、前記横方向壁部の中心には前記流量制限手段が設置されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記入口室と軸方向の前記円周貫通部は追加部材に含まれる貫通部で構成されており、前記追加部材は、前記装置の前記本体と、該追加部材がその一部であるところの前記流入接続部との間に挿入されていることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
4. 前記追加部材は、前記ピストンの中に突入し、軸方向に圧縮されたときに着座部に配置される環状のシール材を支持する突起を形成するように延長されていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
5. 前記追加部材は、前記ピストンが内部を滑動する円柱を形成し、前記流入室が該円柱に配置された開口部の形態で規定されるように延長されていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
6. 前記追加部材は打ち抜かれたプラスチック材料で製作されていることを特徴とする、請求項３に記載の装置。
7. 前記ピストンはその第１の閉止位置にあるときに前記流入接続部の平坦な表面に当接することを特徴とする、請求項２に記載の装置。
8. 前記ピストンはその第１の閉止位置にあるときに、前記流入接続部の平坦な表面に形成された着座部へ部分的に挿入されることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
9. 前記ピストンはその第１の閉止位置にあるときに、前記流入接続部の平坦な表面に形成された突起へ部分的に外嵌されることを特徴とする、請求項２に記載の装置。
10. 前記ピストンはかなり広い中間室とともに前記装置の前記本体へ挿入されていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
11. 止水栓に組み込まれていることを特徴とする、請求項１に記載の装置。
12. 前記ピストンの変位方向は前記止水栓の閉止部材の軸と一致していることを特徴とする、請求項１１に記載の装置。
13. 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に記載の装置。
14. 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、および動作形態を、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、流れの動的制御をする装置。
15. サーモスタット混合栓の冷水流入部へ直列に組み付けるための止水栓において、前記請求項のうちのいずれか１項に記載された流れの動的制御をする装置を含んでいることを特徴とする止水栓。

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