JP2016529669A - 低水位遮断スイッチ - Google Patents

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Abstract

低水位遮断スイッチ組立体は、下側ベース部品と上側ベース部品とを有する二部品ベース組立体を特徴とする。下側ベース部品は、金属材料から製造され、液体の流れを有する配管に適応するように構成され、また、配管内の液流に反応して1つの軸上で回動するパドルアームを受け入れるための中央孔を備えるように構成される。上側ベース部品は、非金属材料から製造され、パドルアームを受けるための対応する中央孔を備えるように構成され、また、溝を備えるように構成され、この溝が、パドルアームを装着するピボットアームを受け入れて、液流に反応してON/OFFスイッチを作動するためにパドルアームが上記の1つの軸上で回動できるようにする。上側ベース部品の非金属材料は、例えば特に低水位遮断スイッチがチラー用を含めて凍結温度より低い温度に曝される用途において使用される場合、低水位遮断スイッチにおける凝結蓄積を実質的に減少するように、下側ベース部品の金属材料より実質的に小さい熱伝達率を有する。【選択図】図2A

Description

(関連出願の参照)
本出願は、2013年8月6日に提出された特許仮出願第61/862634号に対する利益を請求するものであり、参照により、その全体が本明細書に組み込まれる。
本発明は、スイッチ、特に低水位遮断に関連する用途のために設計されたスイッチ、に関する。
図1Aは、例えばソリッドブラスから製造された一体型真鍮製ベースを有する、従来の低水位遮断スイッチを示す。従来の低水位遮断スイッチは、例えば本特許出願の譲受人により型式No.FS250として販売される汎用液流スイッチである。「FS250シリーズ汎用液流スイッチ」と題する取扱説明書(MM−625C)(参照により本明細書に組み込まれる)を参照されたい。
図1Aにおいて、従来の低水位遮断スイッチは、以下の参照番号付きの部品/構成要素を含む。
プラスチックカバー 1
マイクロスイッチ 2
スイッチブラケット 3
NPTプラグ 4
グラブねじ 5
ピボット 6
真鍮製ベース 7
パドルアーム 8
パドル 9
作動カム 10
Oリング 11
従来の低水位遮断スイッチは、以下の特徴を有する。
−基本機能:
振動運動(スイッチが取り付けられている配管内の液流による)を垂直運動に変換する。この垂直運動は、作動カム10を介してマイクロスイッチ2を作動し、更に、ON/OFF信号が、低水位遮断スイッチから、任意の更なる必要な作動を行うための、所与のシステムへ送られる。
−存在する問題:
ピボット機構の降伏が故障を導く可能性がある。
例えばフロースイッチがチラー(chiller)用に使用される場合、凝結が発生する。
図1Bは、図1Aの従来の低水位遮断スイッチの一部を示し、例えばOリング11が、従来の低水位遮断スイッチの一部において、ピボット6に対してどのように構成できるかを示す。図1Cは、図1Aの従来の低水位遮断スイッチの一部を形成する、一体型真鍮製ベースを示す。
実際に、一例として、従来の設計では、主要なベース構成要素はソリッドブラスで製造される。このような構成がチラー用に使用される場合、従来の低水位遮断スイッチにおいては、伝導及び対流による熱伝達のために、凝結が蓄積する可能性があり、凝結の蓄積は、時間の経過に伴い、フロースイッチを作動不能にする傾向がある。
上記のような問題のない、より良い低水位遮断スイッチを提供する必要がある。
いくつかの実施形態によれば、本発明は、下側ベース部品と上側ベース部品とを有する二部品ベース組立体を特徴とする、新規のかつ独自の低水位遮断スイッチ組立体の形式を備える。
下側ベース部品は、金属材料から製造され、液体の流れを有する配管に適応するように構成され、配管内の液流に反応して1つの軸上で回動するパドルアームを受け入れる、中央孔を備えるように構成することができる。
上側ベース部品は、非金属材料から製造され、パドルアームを受け入れるための対応する中央孔を備えるように構成され、また、溝を備えるように構成され、この溝が、パドルアームを装着するピボットアームを受け入れて、液流に反応してON/OFFスイッチを作動するためにパドルアームが上記の1つの軸上で回動できるようにする。
上側ベース部品の非金属材料は、低水位遮断スイッチが、例えばチラー用を含めて凍結温度より低い温度に曝される用途において使用される時、低水位遮断スイッチにおける凝結蓄積を実質的に減少(又は最小化)するように、下側ベース部品の金属材料より実質的に小さい熱伝導率を有するように構成される。
実際、本発明は、フロー制御スイッチにおける凝結を減少するために、金属及び非金属部品の組合せを使用することを基本とする。新規設計において、非金属製ベース部品を真鍮製挿入部品と組み合わせて使用することによって、低水位遮断スイッチ全体における金属の大きな塊が減少し、非金属製ベース部品は、例えば金属材料で製造された対応する部品/構成要素(図1の先行技術のような部品)に比べて熱伝導が悪いので、非金属製ベース部品は、低温/負の熱を伝達させず、従って低水位遮断スイッチ全体における凝結を、実質的に減少し、スイッチの耐用寿命を延ばすのに役だつ。
本発明は、下記の特徴の1つ又はそれ以上を含むことができる。
下側ベース部品は、真鍮から製造することができる。
上側ベース部品は、デルリン(登録商標)から製造することができる。
上側ベース部品は、1つのベースピースを形成するように、下側ベース部品の上に射出成形して、下側ベース部品と連結することができる。
下側ベース部品は、連結リムを備えるように構成でき、上側ベース部品は、上側ベース部品が下側ベース部品の上に射出成形されるときに連結リムを受け入れるための、連結溝を備えるように構成することができる。
二部品ベース組立体は、真鍮又はステンレス鋼から製造された下側ベース部品と、デルリン(登録商標)又はナイロンから製造された上側ベース部品と、を含む何らかの組合せで構成できる。
下側ベース部品は、製造時に機械加工、鋳造、又は鍛造することができる。
上側ベース部品は、ボルト、スクリュー、又は機械式締結具、を用いて下側ベース部品に連結できる。
上側ベース部品と下側ベース部品とは、漏出を防止するために、間にOリングを用いて連結することができる。
例として、新規の低水位遮断スイッチ設計の利点は、下記のことを含むことができる。
−真鍮に比較してデルリン(登録商標)の伝導率が小さいので、凝結が減少する。
−材料コスト及び機械加工作業時間が減少する。
−重量が小さくなる。
−組み立て易い。
下記の図面は必ずしも縮尺通りではない。
図1Aは、一例として一体型真鍮製ベースを有する、従来の低水位遮断スイッチの断面図であり、 図1Bは、一例としてピボットに関連する従来の低水位遮断スイッチの一部に構成されたOリングを示す、図1Aの断面図の部分拡大図であり、 図1Cは、図1の従来の低水位遮断スイッチの一部を形成する一体型真鍮製ベースの斜視図である。 図2Aは、一例として本発明のいくつかの実施形態に従った二部品分ベース組立体を有する、新規の低水位遮断スイッチの断面図であり、 図2Bは、一例としてピボットに関連する新規の低水位遮断スイッチの一部に構成されたOリングを示す、図2Aの断面図の部分拡大図である。 図3Aは、本発明のいくつかの実施形態に従った新規の低水位遮断スイッチの一部を形成する、二部品ベース組立体を示す斜視図であり、 図3Bは、本発明のいくつかの実施形態に従った新規の低水位遮断スイッチの一部を形成する二部品ベース組立体を示す図であり、一例として上側ベース部品と下側ベース部品とが分離している、二部品ベース組立体の分解図であり、 図3Cは、本発明のいくつかの実施形態に従った新規の低水位遮断スイッチの一部を形成する二部品ベース組立体を示す図であり、一例として上側ベース部品と下側ベース部品とが連結されている、新規の二部品ベース組立体の1/2断面図であり、 図3Dは、本発明のいくつかの実施形態に従った新規の低水位遮断スイッチの一部を形成する二部品ベース組立体を示す図であり、二部品ベース組立体の一部を形成する下側真鍮製ベースの斜視図である。 図4A(1)は、本発明のいくつかの実施形態に従った新規の低水位遮断スイッチの一部を形成する二部品ベース組立体の1つの選択肢であり、一例として上側ベース部品と下側ベース部品とが分離されている、二部品ベース組立体の分解図であり、 図4A(2)は、本発明のいくつかの実施形態に従った新規の低水位遮断スイッチの一部を形成する二部品ベース組立体の1つの選択肢であり、一例として上側ベース部品と下側ベース部品とを連結する締結具を有する選択肢の、二部品ベース組立体の一部の拡大図であり、 図4B(1)は、本発明のいくつかの実施形態に従った新規の低水位遮断スイッチの一部を形成する二部品ベース組立体の1つの選択肢であり、一例として永久接着剤を用いて連結された上側部品と下側部品を有する選択肢の、二部品ベース組立体の上側部品の斜視図であり、 図4B(2)は、本発明のいくつかの実施形態に従った新規の低水位遮断スイッチの一部を形成する二部品ベース組立体の1つの選択肢であり、一例として永久接着剤を用いて連結された上側部品と下側部品を有する選択肢の、二部品ベース組立体の下側部品の斜視図である。 図4C(1)は、本発明のいくつかの実施形態に従った新規の低水位遮断スイッチの一部を形成する二部品ベース組立体の1つの選択肢であり、一例として上側ベース部品と下側ベース部品との間にOリングを有する選択肢の、二部品ベース組立体の1/2断面図であり、 図4C(2)は、本発明のいくつかの実施形態に従った新規の低水位遮断スイッチの一部を形成する二部品ベース組立体の1つの選択肢であり、一例として上側ベース部品と下側ベース部品との間にOリングを有する選択肢の、二部品ベース組立体の一部の拡大図であり、 図4Dは、本発明のいくつかの実施形態に従った新規の低水位遮断スイッチの一部を形成する二部品ベース組立体の1つの選択肢であり、二部品ベース組立体の1/2断面図である。
図面において、同様の部品には、同様の参照番号を付ける。更に、図面の煩雑を避けるために、全ての図面の全ての部品が参照番号と引出し線とを付されているわけではない。
〔図2:低水位遮断スイッチ〕
図2は、例えば全体として102で示す本発明のいくつかの実施形態に従った、二部品ベース組立体を有する新規の低水位遮断スイッチ100を示す。図3〜4も参照されたい。
二部品ベース組立体102は、上側ベース部品107と下側ベース部品117とを有するように構成される。
下側ベース部品117は、金属材料から製造され、液体の流れを有する配管(図示せず)に適応するように構成され、また、配管内の液流に反応して1つの軸上で回動するパドルアーム108を受け入れるための中央孔117aを備えるように構成できる。
上側ベース部品107は、非金属材料から製造され、パドルアーム108を受け入れるための対応する中央孔107aを備えるように構成され、また、溝107bを備えるように構成され、溝107bが、パドルアーム108を装着するピボット又はピボットアーム106を受け入れて、液流に反応してON/OFFスイッチ(例えば、マイクロスイッチ2)を作動するためにパドルアーム108が上記の1つの軸上で回動できるようにする。パドルアーム108は、例えばピボット106の長手軸に沿う軸上を回動する。
上側ベース部品107の非金属材料は、下側ベース部品の金属材料より実質的に小さい熱伝達率(即ち、熱伝導率)を有しており、例えば、低水位遮断スイッチが、凍結温度より低い温度に曝される用途、例えばチラー用、において使用されるとき、低水位遮断スイッチにおける凝結蓄積を実質的に減少させる。
図2において、新規の低水位遮断スイッチは、下記の参照番号を有する部品/構成要素を含む。
プラスチックカバー 1(図1A)
マイクロスイッチ 2(図1A)
スイッチブラケット 3(図1A)
NPTプラグ 4(図1A)
ピボットピン 105
ピボット 106
円周溝 106a
例えばデルリン(登録商標)製の、上側ベース部品 107
例えばソリッドブラスから製造された、下側ベース部品 117
パドルアーム 108
パドル 9
作動カム 10
Oリング 11(図1A)
Oリング 111
下側ベース部品117は、真鍮製とすることができ、また、現在知られている又は今後開発される他の適切な金属材料から製造することができる。上側ベース部品107は、デルリン(登録商標)製とすることができ、また、現在知られている又は今後開発される他の適切な非金属材料から製造することができる。例えば、二部品ベース組立体102が、真鍮又はステンレス鋼から製造された下側ベース部品117と、デルリン(登録商標)又はナイロンから製造された上側ベース部品107と、を含む組合せで構成される実施形態が想定される。
上側ベース部品107は、下側ベース部品117上に射出成形し、下側ベース部品と連結することができ、1つの一体型又は結合されたベースピースを形成することができる。
下側ベース部品117は、連結リム117bを備えるように構成され、上側ベース部品107は、連結溝107cを備えるように構成され、上側ベース部品107が下側ベース部品117の上に射出成形されるとき、連結溝107cが連結リム117bを受け入れるようにすることができる。下側ベース部品117は、製造時に、機械加工、鋳造、又は鍛造することができる。
上側ベース部品107は、ボルト、スクリュー、又は機械式締結具120(図4A(2))、を用いて、下側ベース部品117に連結することができ、ボルト、スクリュー、又は機械式締結具120は、例えば図3A〜3C及び4A〜4Cに示すように、上側ベース部品107の適切な開口部又は穴107dを通し、下側ベース部品117の適切な開口部又は穴117cに受け入れられるようにする。
上側ベース部品107と下側ベース部品117とは、漏出を防止するために、間にOリング122を用いて連結することができる。
実際に、図1に示す従来の設計と比べると、本発明の基本概念は、下記の新規の特徴の1つ又はそれ以上を使用することを含んでいる。
−この機構に、(ピボット6に挿入されないグラブねじ5(図1)と比較して)より大きい強度を与えるために、ピボット106にピボットピン105を挿入する。
−(グラブねじ5(図1)と比較して)ピボットピン105の直径を大きくする。
−例えばフリーザータイプの用途において凝結を最小限に抑えるために、金属/非金属のベース組合せ体を使用する。
〔図3:二部品ベース組立体102〕
図3は、本発明のいくつかの実施形態に従った新規の低水位遮断スイッチの一部を形成する二部品ベース組立体102を示す。
図3において、本発明に従った設計の基本概念は、下記のように要約できる。
真鍮製ベース7(図1A)は、例えばデルリン(登録商標)などの非金属材料で製造できる上側ベース部品107と、例えばソリッドブラスなどの金属材料で製造できる下側ベース部品117と、を含む2つの異なる部品に、効果的に分割される。例えば、図1Aの真鍮製ベース7と二部品ベース組立体102とを比較すると、真鍮製ベース7は、上側ベース部品107と、下側ベース部品117と、を含む2つの別個の半体へ、効果的に分割されている。作動時に、低水位遮断スイッチが、配管(図示せず)に対して配置されたとき、下側ベース部品117は、一般に、配管内に浸漬され、配管内を流れる液体によって生じる悪条件、例えば配管内を流れる腐食性化学物質に関する条件など、に曝される部品であると考えられる。
下側真鍮製部品117は、機械加工することができ、その後、上側ベース部品は、下側真鍮製部品117の上にデルリン(登録商標)を射出成形することによって、デルリン製とすることができ、2つの部品すなわち2つのピースがソリッドとなり、1つの一体型のピースとして作動するようにすることができる。
結合された真鍮製ベース部品すなわち真鍮製ベース構成要素とデルリン製ベース部品すなわちデルリン製ベース構成要素とは、スイッチが圧力下で作動する間、両者が相互に動かないような効果を与えるように設計することができる。
本発明の範囲は、例えば少なくとも下記のものを含むが、これに限定されず、金属と非金属の組合せのために他の様々な材料の組合せを使用することを含む。
ステンレス鋼とデルリン(登録商標)、又は
ステンレス鋼とナイロンGF、又は
真鍮とナイロンGFなど
本発明の範囲及び趣旨の範囲内で、低水位遮断用に対する同様のアプローチを利用して、他の設計も想定される。
〔図4:別の設計〕
図4は、本発明のいくつかの実施形態に従った、新規の低水位遮断スイッチの一部を形成する二部品ベース組立体102の、別の対案、選択肢、実施例を示す。
例えば、図4Aは、選択肢として、上側ベース部品107と下側ベース部品117とを連結する1つの締結具120を有する、二部品ベース組立体102を示す。
更に、図4Bは、例えば選択肢として、永久接着剤(図示せず)を用いて上側ベース部品107と下側ベース部品とが連結されている、二部品ベース組立体を示す。当業者であれば、非金属製部品を金属製部品に、例えばデルリンを真鍮に、連結するための接着剤が既知であること、そして、本発明の範囲が、現在知られている又は今後開発される特定の形式又は種類に限定されるものではないことを、理解するはずである。接着剤は、現在知られている又は今後開発される糊、エポキシなどを含むことができる。
更に、図4Cは、例えば選択肢として、漏出の可能性を回避するように、Oリング122が、金属製ベース部品と非金属製ベース部品との間に配置されている、二部品ベース組立体102を示す。
各選択肢において、非金属製上側ベース部品107は、棒材から機械加工するか又は射出成形工程を用いて製造することができる。下側ベース部品117は、機械加工、鋳造、又は鍛造することができる。非金属製上側ベース部品107と金属製下側ベース部品117とは、要素120のようなボルト、スクリュー、又は機械式締結具、並びに接着剤、を用いて接合することができる。
〔熱伝達率〕
熱力学及び機械学における熱伝達率は、熱流束と、熱の流れに対する熱力学的駆動力(即ち、温度差ΔT)と、の間の比例係数と理解される。即ち、
h=q”/ΔT
ここで、
q”は、熱流束、W/m2、であり、即ち、単位面積当たりの熱出力、q=dQ/dAである。
hは、熱伝達率、W/(m2・K)である。
ΔTは、固体表面と周囲の流体領域との間の温度差、K、である。
この式は、典型的には、対流又は流体と固体との間の相変化による熱伝達を計算する際に使用される。
〔熱伝導率(k)の表〕
例えば、下の表は、様々な材料の熱伝導率(k)を、単位W/m/℃で示す。
材料 k 材料 k
アルミニウム(固体) 237 砂(固体) 0.06
真鍮(固体) 110 セルロース(固体) 0.039
銅(固体) 398 グラスウール(固体) 0.040
金(固体) 315 コットンウール(固体) 0.029
鋳鉄(固体) 55 羊毛(固体) 0.038
鉛(固体) 35.2 セルロース(固体) 0.039
銀(固体) 427 発泡スチロール(固体) 0.03
亜鉛(固体) 113 木材(固体) 0.13
ポリエチレン(HDPE)(固体) 0.5 アセトン(液体) 0.16
ポリ塩化ビニル(PVC)(固体) 0.19 水(液体) 0.58
耐火煉瓦(Dense Brick)(固体) 1.6 空気(気体) 0.024
コンクリート(低密度)(固体) 0.2 アルゴン(気体) 0.016
コンクリート(高密度)(固体) 1.5 ヘリウム(気体) 0.142
氷(固体) 2.18 酸素(気体) 0.024
磁器(固体) 1.05 窒素(気体) 0.024
ASTMデータによれば、デルリン(登録商標)の熱伝導率は、単位W/m/℃において、0.28(デルリンD900P)〜0.36(デルリンD1700P)の範囲であり、特定の用途において使用されるデルリンのタイプによって決まる。
〔仮出願における組立図〕
本出願が利益を請求する仮出願は、2つの組立図を含み、1つは、丸形ピボット用の真鍮製ベースを有する実施形態の図面であり、1つはA/Fピボット用の真鍮製ベースを有する実施形態の図面である。これらの2つの組立図は、具体的実施形態を示し、上述の実施形態に対する対応する詳細寸法を示すために、参照により本出願に組み込まれるが、本発明の範囲は、特定の部品の特定の寸法、又は、部品の特定の組合せの間の特定の寸法関係、に限定されない。特に、2つの組立図は、非金属材料から上側ベース部品を製造する場合の詳細な寸法を含む。例えば、丸形ピボット用の真鍮製ベースを有する実施形態は、直径0.313の開口部及び直径0.421の内側円周溝を備えるのに対して、A/Fピボット用の真鍮製ベースを有する実施形態は、対応する開口部の直径が0.251であり、内側円周溝の直径が0.359である。組立図において、「詳細図A」及び「詳細図B」と名付けられた図面を参照されたい。2つの実施形態において、他の全ての部品/構成要素に関する他の全ての寸法は、同じである。
〔発明の範囲〕
特に明示しない限り、本明細書における特定の実施形態に関して説明された特徴、特性、対案、又は修正、のいずれもが、本明細書で説明された他の任意の実施形態に、応用、使用、又は組込み、をすることができることが分かるはずである。また、本出願において図面は縮尺通りではない。
本発明は、本発明の代表的実施形態に関連して説明され、図解されてきたが、本発明の主旨及び範囲から逸脱することなく、これらの代表的実施形態に対して、上記の、及び様々なその他の、追加及び省略を、与えることができる。

Claims (9)

  1. 二部品ベース組立体を備える、低水位遮断スイッチ組立体であって、
    前記二部品ベース組立体が、
    金属材料から製造される下側ベース部品であって、液流を有する配管に適応するように構成され、前記配管内の前記液流に反応して1つの軸上で回動するパドルアームを受け入れるための中央孔を備えるように構成される、下側ベース部品と、
    非金属材料から製造される上側ベース部品であって、前記パドルアームを受け入れるための対応する中央孔を備えるように構成され、また、溝を備えるように構成され、前記溝が、前記パドルアームを装着するピボットアームを受け入れて、前記液流に反応してON/OFFスイッチを作動するために前記パドルアームが前記1つの軸上で回動できるようにする、上側ベース部品と、
    を有し、
    前記上側ベース部品の前記非金属材料が、前記下側ベース部品の前記金属材料より小さい熱伝達率を有し、前記低水位遮断スイッチにおける凝結蓄積を減少させ、前記凝結蓄積の減少が、チラー用を含む用途であって凍結温度より低い温度に曝される用途において前記低水位遮断スイッチが使用される場合を含む、
    低水位遮断スイッチ組立体。
  2. 前記下側ベース部品が、真鍮製である、
    請求項1に記載の低水位遮断スイッチ組立体。
  3. 前記上側ベース部品が、デルリン(登録商標)製である、
    請求項1に記載の低水位遮断スイッチ組立体。
  4. 前記上側ベース部品が、前記下側ベース部品の上に射出成形されて一体に連結され、1つのベースピースを形成する、
    請求項1に記載の低水位遮断スイッチ組立体。
  5. 前記下側ベース部品が、連結リムを備えるように構成され、前記上側ベース部品が、連結溝を備え、前記上側ベース部品が前記下側ベース部品の上に射出成形されるときに前記連結溝が前記連結リムを受け入れるように、構成される、
    請求項4に記載の低水位遮断スイッチ組立体。
  6. 前記二部品ベース組立体が、真鍮又はステンレス鋼から製造された前記下側ベース部品と、デルリン(登録商標)又はナイロンから製造された前記上側ベース部品と、を含む組合せで構成される、
    請求項1に記載の低水位遮断スイッチ組立体。
  7. 前記下側ベース部品が、製造時に、機械加工、鋳造、又は鍛造される、
    請求項4に記載の低水位遮断スイッチ組立体。
  8. 前記上側ベース部品が、ボルト、スクリュー、又は機械式締結具、を用いて前記下側ベース部品に連結される、
    請求項1に記載の低水位遮断スイッチ組立体。
  9. 前記上側ベース部品と前記下側ベース部品とが、漏出を防止するために、間にOリングを用いて連結される、
    請求項1に記載の低水位遮断スイッチ組立体。
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