JP2008519379A - 水流の動的制御をする装置 - Google Patents

Abstract

本体（１）の中に、流入室（１３）と、流出室（７）と、前記流入室（１３）と前記流出室（７）の間に配置され、前記流入室（１３）に向って変位した第１の位置および前記流出室（７）に向って変位した第２の位置の間で可動のピストン（８）とを含み、前記ピストン（８）は前記第１の位置では前記流入室（１３）と前記流出室（７）の間で流れを狭め、前記ピストン（８）は前記第２の位置では前記流入室（１３）と前記流出室（７）の間で流れを狭めない、流れの動的制御をする装置。

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、水流の動的制御を行う装置に関する。

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。こうした過程は、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、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。

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に組み付けることができ、したがって設備に追加の部材を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、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ていて限定された半径方向の貫通部が貫通している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、限定された半径方向の貫通部、軸方向の仕切られた貫通部、および復帰ばねは、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互いに相対的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、流入圧力によってピストンが変位することはあり得ない。なぜならピストンは主として、またはもっぱら半径方向で作用し、この過程は、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、流れが流入室から限定された軸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。ピストンの外套に設けられている限定された軸方向の貫通部、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、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、流出室での圧力低下が増していき、ピストンに働く大きくなった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さえ機能の異常を示すことがない。

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、この流入接続部は軸方向の円周貫通部を有しており、この円周貫通部はピストンを取り囲む少なくとも部分的に環状の流入室に連通し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構成された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を形成す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。

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は流れを恒久的に狭めるので、仕切られた貫通部に入り込んでこれを部分的に閉止する突起を流入接続部に設けることによって、その作用を有利なかたちに改良することができる。このようにして、ピストンがその第１の位置にあるときには、仕切られた貫通部の断面積が突起により低減されるのに対して、この仕切られた貫通部は、ピストンがその第２の位置に変位すると、もはや突起によって閉止されず、流れに対する障害ではなくなる。このようにして装置の効率が大幅に高くなる。

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おり、このサーモスタット混合栓は、本発明のこの実施形態では、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、円筒状で好ましくは薄い外套区域９を有するピストン８が、スライド可能に配置されており、この外套区域には限定された半径方向の貫通部１０が貫通しており、この貫通部は、本例では、外套区域９の端部の縁部に設けられた小さい切欠きで構成されている。さらにピストン８は、軸方向の仕切られた貫通部１２が貫通する横方向区域１１を有している。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の壁部によって仕切られるとともに、流入接続部３の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。

この休止位置では、限定された半径方向の貫通部１０は限られた流れに対して、流入室１３からピストン８の内部にある中間室１６へ到達し、次いで軸方向の貫通部１２、流出室７、および貫通部１５を通って流出接続部４の流出貫通部６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１３の圧力は流入圧力であり、中間室１６の圧力は、限定された貫通部１０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。この圧力はほぼ全面的に半径方向に働くからである。本実施形態では流入圧力の無視できる構成部材だけが、限定された半径方向の貫通部１０の小さい断面のほうを向いた軸方向で、ピストンに対して作用する。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、ピストンの挙動は流入圧力の値や、その変化による影響をほとんど受けない。

限定された半径方向の貫通部１０、軸方向の仕切られた貫通部１２、および復帰ばね１７は、ばね１７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を下回っている限り、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の間の通路を狭めなくなり、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、また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。

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は、外套区域の端部の縁部に設けられた小さい切欠き１０で構成されている。したがって、軸方向で作用する流入圧力の成分が存在しており、この成分は、ピストンの外套の円筒状区域の断面に対して、限定された半径方向の貫通部１０の領域で作用するものであるが、この成分は、ピストンの外套に設けられている限定された半径方向の貫通部がさほどの長さを有しておらず、この外套は有利には薄くてよいという事実によって、無視することができる。

図３から図８は、本発明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３に示す第２の実施形態は、流入室１３と中間室１６の間の限定された貫通部が、外套区域９に設けられた１つまたは複数の小さい穴２０で構成されており、ピストン８の外套区域９の端部の縁部に設けられた小さい切欠き１０で構成されるのではないという事実によってのみ、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８の外套９を薄くすることに意味はない。

さらに、限定された貫通部は、ピストンと装置の本体との間に設けられた小さい中間スペースが付属しているか、またはこれによって置き換えられていてもよい。

図４は、たとえば図３に示す本発明の装置を、どのように止水栓に組み込むことができるかを示している。この場合、図４の上側に示されているほうの本体２１の半分は、その形状および含まれる部品に関して、図３に示す装置の上側部分に正確に呼応しているのに対して、本体２１の下側部分は止水栓の通常の閉止部１８を有しており、そのシール材１９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２１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。それにより、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小型の構成材が生じるとともに、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組み付けられることによって、設備を簡素化することを可能にする。

図５は、図１と同様に本発明による装置の第３の実施形態を示している。この実施形態は流入接続部３の設計に関して第１の実施形態と異なっており、この場合、流入接続部は、加工の別の手順を必要とするが、ねじ山を備える直径の比較的短い接続穴２２を有することができ、このことは、設備で通常用いられる接続部との接合にいっそう適しており、アダプタ部材を必要としない。

図６は、図１と同様に本発明による装置の第４の実施形態を示している。この実施形態は、流入接続部３の設計に関して第１および第２の実施形態と異なっており、この場合、流入接続部は、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２４を含んでいる。追加部材２４は半径方向の貫通部によって入口室５を定義し、流入室１３に連通する軸方向の円周貫通部２を有している。追加部材２４の使用は流入接続部３の設計を簡素化することを可能にし、追加部材２４がプラスチック材料で製作されればたいへん経済的である。

さらに図６は、上記の各実施形態では流入接続部３の平坦な表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、それに代えて、この平坦な表面の着座部に部分的に係合できることを示している。この場合、外套９は限定された貫通部を、穴２０の形態で有していなくてはならない。図示した形態では、着座部は流入接続部の平坦な表面に切り欠かれており、ピストンの外套は、その第１の位置にあるときにこの着座部に入り込むが、流入接続部の平坦な表面が突出する着座部を有しており、この着座部がピストンの外套の内部へその第１の位置にあるときに押し込まれれば、同じ効果を維持することができる。この場合、ピストンの変位を緩衝することができる環状のシール材が設けられていてもよい。

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くても、ピストン８が、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の限定された偶然の変位は、外套区域９の縁部が流入接続部に設けられた着座部との係合が外れる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。

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７および図８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５および図６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の横方向壁部を起点として貫通部１２へ入るように延びる突起２３によって低減される。図８から明らかなように、突起２３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。

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、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、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ことができる。

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３の装置を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。 本発明の第３の実施形態を休止状態で示す図である。 本発明による装置の第４の実施形態を示す図である。 本発明による装置の第５の実施形態を示す図である。 本発明による装置の第５の実施形態を示す図である。

Claims (17)

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、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の位置に向か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ていて限定された半径方向の貫通部が貫通している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、限定された半径方向の前記貫通部、軸方向の仕切られた前記貫通部、および前記復帰ばねは、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、前記ばねの作用が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、流れの動的制御をする装置。
2. 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に記載の流れの動的制御をする装置。
3. 限定された前記貫通部は前記外套の端部の縁部に設けられた小さい切欠きで構成さ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. 前記外套区域は薄いことを特徴とする、請求項３に記載の流れの動的制御をする装置。
5. 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２に記載の流れの動的制御をする装置。
6. 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本体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に記載の流れの動的制御をする装置。
7. 前記中間室は前記装置の前記本体の中で流入接続部によって仕切られており、該流入接続部の中で入口室が定義されており、該流入接続部は、前記ピストンを取り囲む環状の前記流入室に連通する軸方向の円周貫通部を有し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。
8. 前記入口室と軸方向の前記円周貫通部は追加部材に構成された貫通部で構成されており、該追加部材は、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７に記載の流れの動的制御をする装置。
9. 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８に記載の流れの動的制御をする装置。
10. 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７に記載の流れの動的制御をする装置。
11. 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係合することを特徴とする、請求項７に記載の流れの動的制御をする装置。
12. 前記流入接続部は突起を有しており、該突起は、前記ピストンがその第１の位置にあるとき、仕切られた前記貫通部の中に入って前記貫通部を部分的に閉止し、前記ピストンがその第２の位置にあるとき、前記貫通部を閉止しないことを特徴とする、請求項７に記載の流れの動的制御をする装置。
13. 止水栓に組み込まれていることを特徴とする、請求項１に記載の流れの動的制御をする装置。
14. 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１３に記載の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その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。
16. 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、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、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。
17. 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項に記載の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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