JP2012515276A - 水道水のための電子制御可能な混合装置 - Google Patents

Abstract

本発明は、夫々スピンドルを介して操作可能であり、かつ、直列に接続されて配置されている、混合弁と流量制御弁とを備えている、水道水のための混合装置において、
水の質量流と温度とを測定するためのセンサ（２１，２２）が配置されており、該センサ（２１，２２）は開ループ・閉ループ制御装置に接続されており、該開ループ・閉ループ制御装置を介して水の質量流の流量及び温度が調節可能である、水道水のための混合装置に関する。

Description

本発明は、請求項１の上位概念部に記載の水道水のための電子制御可能な混合装置に関する。

特に調理場及び浴室に水を供給する場合、特定の水温及び特定の水圧に調節できるようにしたい、という要求は繰り返し起きる。温度を調節するために、サーモエレメントを介して冷水流及び温水流の混合比率を調節する、サーモミキサを使用することが公知になっている。サーモエレメントは、このエレメントの熱膨張に起因して、水流に影響を与えるように配置されている。サーモエレメントの相対位置は調節ボタンを介して変更することができ、これにより所望の水温に調節可能である。水圧の調節は下流側に接続されている流量制御弁を介して行われ、この流量制御弁によって、温度調整弁の混合水流の流入量は調節可能である。この調節は通常、回転又は傾動装置を介して行われる。しかし水の貫流により励起される振動又は調整レバーにかかる重力といった機械的な作用により、固有の動的な調節が頻繁にもたらされる。この調節は実際に接している温度若しくは実際に接している水圧の変更を結果としてもたらし、非規則的な時間の間隔をおいて、パラメータの後調整を必要とすることになる。

上述の先行技術を背景として、水の温度及び体積流を快適にかつ確実に調節することができるようにしたい、という要望が増えている。そこで本発明を使用する。本発明の目的は、水圧及び水温の快適な調整を可能にする、水道水のための混合装置を提供することである。本発明によれば、上述の目的は請求項１の特徴により達成される。

本発明は、水の質量流及び水温の快適な調節を可能にする水道水のための混合装置を提供する。このために電子的な開ループ・閉ループ制御装置が設けられている。この開ループ・閉ループ制御装置は、接している水の質量流及び水温を測定するためのセンサに接続されていて、かつ、センサ夫々の目下の測定値に基づく所定の水の質量流の温度及び流量を保証する。

本構成において、混合弁の閉鎖状態では混合弁が接続されている供給管路の質量流の混合が防がれているように混合弁は構成されている。これにより、供給管路の質量流が他の供給管路へ逆流することは、接している種々異なる圧力値に基づいて防がれている。この目的のために設けられる一般的な逆流防止体は不要である。

本発明の改良形においては、流量制御弁はマルチポート弁として構成されている。これにより付加的に複数の流出口のうちの１つへの水の質量流の分配が可能になり、このことは、例えば浴槽流入部とシャワー流入部への供給の切換えのために浴室装備に必要である。

本発明の構成において、供給したい流出口への分配も水の質量流の流量もスピンドルを介して調節可能であるようにマルチポート弁は構成されている。これにより弁の簡単な制御性が可能になる。

本発明のさらに別の構成において、混合弁及び流量制御弁は、水の質量流を測定するための流量センサが配置されている管路を介して互いに接続されている。これにより混合弁から供給される水の質量流の継続的な測定が可能になっている。

本発明の別の構成において、混合弁を介して供給される水の質量流の温度を測定するための温度センサがマルチポート弁に配置されている。これにより使用されている温度に近い温度測定がもたらされるので、後続の管路経路を通じての温度変化は回避されている。有利には、温度センサはマルチポート弁の流入部に配置されている。

本発明のさらに別の構成において、マルチポート弁のスピンドルに温度センサが配置されている。これにより水の質量流内におけるセンサの最適な位置決めが達成される。

本発明のさらに別の構成において、混合弁は駆動装置に接合されており、この駆動装置を介して混合弁は操作可能であり、また、駆動装置は開ループ・閉ループ制御装置に接続されている。これにより直接的な制御が、開ループ・閉ループ制御装置を介して可能になっている。有利にはマルチポート弁も同様に、マルチポート弁を操作可能でありかつ開ループ・閉ループ制御装置に接続されている駆動装置に接合されている。

本発明のさらに別の構成において少なくとも１つの駆動装置は、歯列を介して混合弁若しくは流量制御弁のスピンドルに接合されている軸を駆動する電気モータを有している。これにより開ループ・閉ループ制御装置を介しての弁の正確な調節が可能になっている。

有利には混合弁も流量制御弁もヘッド部分を有している。このヘッド部分はヘッド部分内において半径方向に案内されたスピンドルによって中央を貫通されていて、ヘッド部分の側方に少なくとも１つの窓が設けられており、ヘッド部分のスピンドルとは反対の側は、２つの貫通開口を備えた通過ディスクを収容する。この構成において流量制御弁における水流の貫流方向は、混合弁における貫流方向とは反対である。これにより供給管路及び流出管路を平行に配置することが可能になっている。さらにこれによりほぼ同一の弁の上側部分を使用することができるので、製造コスト及び保管コストは減じられている。

本発明の別の構成及び改良形は従属請求項に記載する。

混合装置の部分断面図である。 図１の混合装置の平面図である。 図１の混合装置の流出側のケーシング部分を示す図であり、ａ）は断面図であり、ｂ）はａ）の一部分の「Ｘ」を詳細に示す図であり、ｃ）はａ）の一部分の「Ｙ」を詳細に示す図であり、ｄ）は上方から見た図であり、ｅ）はｄ）の線「Ａ−Ｂ」に沿った断面図であり、ｆ）はｅ）の「Ｚ」の平面図である。 図１のケーシング部分の短い接続部品を示す図であり、ａ）は部分断面図であり、ｂ）は平面図である。 図１の流出側のケーシング部分の長い接続部品を示す図であり、ａ）は部分断面図であり、ｂ）は平面図である。 図１の装置の混合弁の上側部分の断面図である。 図６の混合弁の上側部分の制御ディスクを示す図であり、ａ）は下方から見た図であり、ｂ）は軸線方向の断面図であり、ｃ）は平面図である。 図６の混合弁の上側部分の挿入ディスクを示す図であり、ａ）は平面図であり、ｂ）はａ）の線Ｂ−Ｂに沿った断面図であり、ｃ）はａ）の線Ｃ−Ｃに沿った断面図であり、ｄ）は下方から見た図である。 図１のマルチポート弁の上側部分の断面図である。 図９のマルチポート弁の上側部分の挿入ディスクを示す図であり、ａ）は平面図であり、ｂ）はａ）の線Ｂ−Ｂに沿った断面図であり、ｃ）はａ）の線Ｃ−Ｃに沿った断面図であり、ｄ）は下方から見た図である。

本発明の実施の形態を図示し、以下に詳細に説明する。

実施の形態として選択された混合装置１はレール１１を有しており、このレール１１に２つのケーシング部分１２が相並んで配置されている。これらのケーシング部分１２は管路１３を介して互いに接続されている。この管路１３内には流量センサ２１が配置されている。一方の供給側のケーシング部分１２は混合弁の上側部分３を収容し、２つの接続部品１２１，１２２を備えている。他方の流出側のケーシング部分１２はマルチポート弁の上側部分４を収容し、同様に２つの接続部品１２１，１２２を備えている。さらに混合弁の上側部分３若しくはマルチポート弁の上側部分４を操作する２つの電気モータ５，６が配置されている。

本実施の形態においてレール１１は方形の金属薄板として形成されている。この金属薄板は長手方向側面に沿って直角に曲げられている。レール１１には２つのケーシング部分１２を固定するための複数の孔１１１が設けられている。本実施の形態において４つの孔１１１は夫々均等に離間されて、孔１１１の中間に設けられた円形の開口１１２を取り囲むように配置されている。この円形の開口１１２は弁の上側部分３，４が貫通するために働く。レール１１の両端部において、縦長の切抜き１１３が上述の両端部に夫々設けられている。切抜き１１３は電気モータ５，６の軸５１，６１が貫通するために働き、またレール１１に沿った電気モータ５，６の調整可能な固定のために、４つの縦長孔１１４が夫々、切抜き１１３の側方に配置されている。さらにレール１１の曲げられた領域に、装置１を固定するための孔１１５が設けられている。

両ケーシング部分１２は同一に形成されており、本実施の形態においては、ほぼ円筒状の黄銅中空体として形成されている。レール１１とは反対側のケーシング部分１２の下面には、２つのねじ山付き孔１２０がケーシング１２に設けられていて、上述のねじ山付き孔１２０内に接続部品１２１，１２２がねじ込まれている。レール１１寄りのケーシング部分１２の上面には、１つの孔１２３が弁の上側部分３，４を収容するための弁座としてケーシング部分１２に設けられている。孔１２３の底部に、ねじ山付き孔１２０に通じている２つの貫流孔１２４が直径上で向かい合って設けられている。さらに弁座として働く孔１２３の底部の上述の孔１２４の間に、止まり孔１２５が配置されている。

弁座として働く孔１２３に通じる孔１２６がケーシング部分１２の側方に設けられている。管路１３に対するストッパとして働く突部１２６１が孔１２６に成形されている。管路１３にはケーシング部分１２に対するシールのためのＯリング１３１が設けられている。

接続部品１２１，１２２は一種の管部材として形成されており、ケーシング部分１２と供給管路若しくは流出管路との接続のために働く。接続部品１２１は短い接続部品として形成されており、雄ねじ山１２１１を有している。この雄ねじ山１２１１はねじ山付き孔１２０の雌ねじ山に対応する。本実施の形態において、雄ねじ山１２１１は１／２インチねじ山として構成されている。

雄ねじ山１２１１のレール１１寄りの端部には、Ｏリング１２１３を収容するための溝１２１２が接続部品１２１の外周に亘って設けられている。溝１２１２の領域における接続部品１２１の内部には突部１２１４が成形されており、この突部１２１４の全周に亘って等間隔に６つの刻み目１２１５が設けられている。

接続部品１２１と比べて長く形成された接続部品１２２は同様に雄ねじ山１２２１を有している。この雄ねじ山１２２１はケーシング１２のねじ山付き孔１２０の雌ねじ山に対応しており、Ｏリング１２２３を収容するための溝１２２２が雄ねじ山１２２１に接続している。いわば内側に、互いに均等に離間された６つの刻み目１２２５が設けられている突部１２２４が配置されている。雄ねじ山１２２１に円筒状の区分１２２６が接続している。この円筒状の区分１２２６は第２の雄ねじ山１２２７に移行する。本実施の形態において、２つの雄ねじ山１２２１，１２２７は１／２インチねじ山として構成されている。

本実施の形態として選択された混合弁の上側部分３はヘッド部分３１を有しており、このヘッド部分３１は、ヘッド部分３１において半径方向に案内されているスピンドル３２によって中央を貫通されている。スピンドル３２と制御ディスク３３は形状接続式に接合されていて、ヘッド部分３１内において半径方向に案内されている。スピンドル３２とは相対する制御ディスク３３の側において、挿入ディスク３４がヘッド部分３１に設けられている。孔１２３により形成されたケーシング部分１２の弁座と接触する接続ディスク３５が、挿入ディスク３４に接続している。

ヘッド部分３１は、開放した２つの端面を有する対称的な中空体から成っている。ヘッド部分３１のケーシング部分１２寄りの側に、ヘッド部分３１はスリーブ状の部分３１０を有している。このスリーブ状の部分３１０には２つの貫通窓３１１が設けられている。

ケーシング部分１２内への挿入後に、ヘッド部分３１の鍔３１２が、弁座として働く孔１２３の底部に載置される。スリーブ状の部分３１０において鍔３１２の領域の内部に、アンダカット３１３が配置されている。

スピンドル３２は実質的に中実に構成されている。スピンドル３２はヘッド部分３１の端面とは反対側において、外側を外側多角体３２１として構成されている。これに続いてスピンドル３２の外側には円筒面３２２が設けられている。この円筒面３２２によってスピンドル３２はヘッド部分３１において半径方向に案内されている。円筒面３２２と外側多角体３２１との間には切込み３２３が設けられていて、この切込み３２３内に保持リングの形式の軸固定部３２６がばね弾性的に挿入されている。軸固定部３２６は、所定の量を越えてスピンドル３２がヘッド部分３１へ進入することを防ぐ。さらに円筒面３２２に、Ｏリング３２５を収容する２つの環状溝３２４が設けられている。外側多角体３２１とは反対のスピンドル３２の側にディスク部３２７が成形されている。このディスク部３２７は、ケーシング部分１２寄りの側に連行体３２７１を有する。

制御ディスク３３は実質的に円形ディスクとして形成されている。この円形ディスクから扇形区分３３１が切り抜かれている。本実施の形態において扇形区分３３１は、約９０°の角度を有している。制御ディスク３３のスピンドル３２寄りの側において、制御ディスク３は、直径上において向かい合って配置されている２つの円弧状の突部３３２を有している。リング状の突部３３２は組み込まれた状態において、スピンドル３２の連行体３２７１を包囲している。これらの突部３３２には切欠き３３３が形成されている。この切欠き３３３内に連行体３２７１が嵌り込む（図７ｃ参照）。

挿入ディスク３４を図８に示す。挿入ディスク３４は挿入ディスク３４の周面に、直径上において向かい合っている２つのノーズ３４１を有している。これらのノーズ３４１によってディスク３４は、ヘッド部分３１のスリーブ状の部分３１０に設けられている切欠きに嵌り込む。したがって挿入ディスク３４はヘッド部分３１に相対回動不能に配置されている。挿入ディスクは隣り合って配置されている２つの扇形区分３４２を有している。これらの扇形区分３４２は制御ディスク３３の扇形区分３３１に対応する。扇形区分３４２の外側を全周に亘って延びるようにしてかつノーズ３４１の領域に、挿入ディスク３４の制御ディスク３３とは反対の下面にウェブ状の輪郭３４３が成形されている。

本実施の形態において接続ディスク３５はプラスチックから製造されている。接続ディスク３５は同様に直径上において向かい合っている２つのノーズを周面に有している。これらのノーズによって接続ディスク３５はヘッド部分３１のスリーブ状の部分３１０に設けられている切欠き内に係合する。したがって接続ディスク３５は相対回動不能にヘッド部分３１に配置されている。接続ディスク３５は相並んで配置されている２つの貫通開口３５１を有している。これらの貫通開口３５１は挿入ディスク３４の２つの扇形区分３４２と重畳して位置決め可能であり、２つの貫通開口３５１内には夫々、孔１２３により形成されているケーシング部分１２の弁座に対してシールするためのリップシール３５２が配置されている。さらに接続ディスク３５は挿入ディスク３４とは反対の下面に円筒状のピン３５３を有している。この円筒状のピン３５３はケーシング部分１２の止まり孔１２５に対応し、ケーシング部分１２における混合弁の上側部分３の位置決めのために働く。

マルチポート弁の上側部分４は、混合弁の上側部分３とほぼ同一に構成されている。マルチポート弁の上側部分４は同一のヘッド部分４１を有しており、このヘッド部分４１はヘッド部分４１において半径方向に案内されているスピンドル４２によって中央を貫通されている。スピンドル４２には、混合弁の上側部分３から供給される水の温度を連続的に測定するサーモセンサ２２が付加的に配置されている（図９参照）。スピンドル４２に同様に制御ディスク４３が形状接続式に接合されており、ヘッド部分４１において半径方向に案内されている。また挿入ディスク４４はヘッド部分４１に設けられており、挿入ディスク４４に接続ディスク４５が接続している。この接続ディスク４５は孔１２３により形成されているケーシング部分１２の弁座と接触している。マルチポート弁４は混合弁３とは、異なって使用される挿入ディスク４４及び接続ディスク４５の点でのみ異なる。

マルチポート弁の上側部分４の挿入ディスク４４を図１０に示す。この挿入ディスク４４は、混合弁の上側部分３の挿入ディスク３４とは異なり、直径上において向かい合って配置されている２つの円形の貫通開口４４２を有している。これらの貫通開口４４２の外側を周方向に延在するように、かつ、接続ディスク４５寄りの挿入ディスク４４の下面において、側方に成形されているノーズ４４１の領域にウェブ状の輪郭４４３が成形されている。

接続ディスク４５は、混合弁の上側部分３の接続ディスク３５とは異なり、直径上で向かい合って配置されている２つの円形の貫通開口４５１を有している。これらの貫通開口４５１は挿入ディスク４４の貫通開口４４２と整合している。貫通開口４４２には内周に亘って延びている、リップシール４５２を収容するウェブ（図示せず）が夫々成形されている。リップシール４５２は、挿入されている支持リング４５３を介して貫通開口４５１に保持されている。組み付けられた状態においてリップシール４５２のリップは、挿入ディスク４４及び弁座として働くケーシング部分１２の孔１２３の底部に対して密に接触している。さらに挿入ディスク４４に相対する接続ディスク４５の下面は、円筒状のピン４５４を有している。この円筒状のピン４５４はケーシング部分１２の止まり孔１２５に対応し、ケーシング部分１２におけるマルチポート弁の上側部分４の位置決めのために働く。

ケーシング部分１２は、レール１１の孔１１１を通って案内されているねじ（図示せず）によりレール１１に固定されていて、各ケーシング部分１２に収納されている弁の上側部分３，４は、ヘッド部分３１，４１によってレール１１の開口１１２を通って突出している。ケーシング部分１２はケーシング部分１２の突部１２６１に、端部において夫々接触している管路１３を介して互いに接合されている。管路１３とは相対しているケーシング部分１２の側において、電気モータ５，６が各ケーシング部分１２に夫々配置されている。この電気モータ５，６は、レール１１の縦長孔１１４を通って案内されているねじ（図示せず）によりレール１１に接合されており、各モータ５，６のモータ軸５１，６１はレール１１の切抜き１１３を抜けて突出している。縦長孔１１４を介してモータ５，６は切抜き１１３の長手方向軸線に沿って調節可能である。モータ５，６に相対するレール１１の側に、モータ５，６の軸５１，６１が歯付きディスク５２，６２に接合されている。これらの歯付きディスク５２，６２は、弁の上側部分３，４のスピンドル３２，４２の外側多角体にも接合されている歯付きディスク３６，４６に係合している。これによりモータ５，６の軸５１，５２の回転は反対に、弁の上側部分３，４のスピンドル３２，４２に伝達される。これによりスピンドル３２，４２は操作可能である。

開ループ・閉ループ制御装置（図示せず）は入力側において流量センサ２１及び温度センサ２２に接続されている。さらに入力側において入力ユニット（図示せず）が配置されている。この入力ユニットを介して、使用者側から、水温、水の質量流及び流出口（浴槽／シャワー）に関する規定が調節可能である。出力側において、開ループ・閉ループ制御装置（図示せず）はモータ５，６に電子的に接続されている。

組み付けられた状態において、混合装置は供給側において接続部品１２１を介して冷水流入部に接続されており、かつ接続部品１２２を介して温水流入部に接続されている。流出側のケーシング部分は接続部品１２１を介して浴槽の水栓に接続されており、かつ接続部品１２２を介してシャワーヘッドの流入部に接続されている。所望の水温、水量及び所望の流出口を設定した後に、つまり水栓及び浴槽又はシャワーヘッドを選択した後、センサ２１，２２を介して伝送される測定値が、選択された基準データと一致しているように、モータ５，６を介して弁の上側部分３，４は調節される。本実施の形態において、混合弁の上側部分３を介して所望の水温が調節される。所望の水温は、マルチポート弁の上側部分４の流入部においてセンサ２２を介して継続的に測定される。マルチポート弁の上側部分４を介して、混合弁の上側部分３によって提供される水の質量流の浴槽又はシャワーへの分配が行われる一方で、マルチポート弁の上側部分４を介して制御ディスク４３の扇形区分４３１と挿入ディスク４４の貫通開口４４２若しくはこの貫通開口４４２に対応する接続ディスク４５の貫通開口４５１との重なりを調節することにより、水の質量流を変更することができる。夫々達成された水の質量流は流量センサ２１を介して開ループ・閉ループ制御装置（図示せず）に伝送される。この開ループ・閉ループ制御装置は設定された基準値に対してずれが生じた場合に、モータ６を介してマルチポート弁の上側部分４の後調整を行う。いわば予め設定された温度目標値に対して、温度センサ２２によって測定された実際値との間にずれが生じた場合に、モータ５を介して混合弁の上側部分３の後調整は行われる。

Claims (11)

1. 夫々スピンドルを介して操作可能であり、かつ、直列に接続されて配置されている、混合弁と流量制御弁とを備えている、水道水のための混合装置において、
   水の質量流と温度とを測定するためのセンサ（２１，２２）が配置されており、該センサ（２１，２２）は開ループ・閉ループ制御装置に接続されており、該開ループ・閉ループ制御装置を介して水の質量流の流量及び温度が調節可能であり、前記混合弁の閉鎖状態において、前記混合弁が接続されている流入管路の質量流の混合が防がれているように、前記混合弁は構成されていることを特徴とする、水道水のための混合装置。
2. 前記流量制御弁はマルチポート弁（４）として構成されていることを特徴とする、請求項１記載の装置。
3. 供給したい流出口の割当て及び水の質量流の流量も前記スピンドル（４２）を介して調節可能であるように、前記マルチポート弁（４）は形成されていることを特徴とする、請求項２記載の装置。
4. 前記混合弁（３）及び前記流量制御弁（４）は、水の質量流を測定するための流量センサ（２１）が配置されている管路（１３）を介して互いに接続されていることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項記載の装置。
5. 前記混合弁（３）を介して供給される水の質量流の温度を測定するための温度センサ（２２）が前記流量制御弁（４）に配置されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項記載の装置。
6. 前記温度センサ（２２）は前記流量制御弁（４）の流入部に配置されていることを特徴とする、請求項５記載の装置。
7. 前記温度センサ（２２）は前記流量制御弁（４）のスピンドル（４２）に配置されていることを特徴とする、請求項６記載の装置。
8. 前記混合弁（３）は、該混合弁（３）を操作可能でありかつ前記開ループ・閉ループ制御装置に接続されている駆動装置（５）に接続されていることを特徴とする、請求項１から７までのいずれか一項記載の装置。
9. 前記流量制御弁（４）は、該流量制御弁（４）を操作可能でありかつ前記開ループ・閉ループ制御装置に接続されている駆動装置（６）に接続されていることを特徴とする、請求項１から８までのいずれか一項記載の装置。
10. 少なくとも１つの駆動装置（５，６）は電気モータを有しており、該電気モータは、歯列（５２，６２）を介して前記混合弁（３）若しくは前記流量制御弁（４）のスピンドル（３２，４２）に接続されている軸（５１，６１）を駆動することを特徴とする、請求項８又は９記載の装置。
11. 前記混合弁（３）及び前記流量制御弁（４）はヘッド部分（３１，４１）を有しており、該ヘッド部分（３１，４１）は該ヘッド部分（３１，４１）において半径方向に案内されているスピンドル（３２，４２）によって中央を貫通されており、前記ヘッド部分（３１，４１）の側方に少なくとも１つの窓（３１１）が設けられており、前記スピンドル（３２，４２）とは反対側の前記ヘッド部分（３１，４１）の面は、２つの貫通開口（３５１，４５１）を備えた挿入ディスク（３４，４４）を収容し、前記流量制御弁（４）における水の質量流の貫流方向は、前記混合弁（３）における貫流方向とは反対であることを特徴とする、請求項１から１０までのいずれか一項記載の装置。

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