專利名稱：用量變化的流量自動調節裝置的制作方法
有關申請本發明是1996年2月20日提出的美國專利申請系列No.08/603 078的部分繼續。
背景本發明涉及水的流量調節裝置，具體涉及用水量變化的流量自動調節裝置；該裝置具有活動活塞閥，該閥根據用水量調節和控制水流量。
很多商品住宅建筑物例如出租的公寓建筑物和設施共管的的單元住宅其租房人必須按月交納水費，作為其租金的一部分，或作為每月的共管費的一部分。在典型的公寓建筑中，對于整個公寓建筑物，僅在主水管上有一個水表，然后將水輸送到公寓建筑的各個公寓單元。租房人通常很少或完全不控制自家單元的水流量，租房人將根據整個公寓建筑總的用水量交納攤派的水費，該總用水量由主水管上的唯一水表確定。
以下是水流量如何根據用水量而改變的一個例子。如果例如在上午時間用水量大時，則使用人在上午的用水高峰期間為作某件事所用的總水量將比在用水低峰期間做同一件事所用的總水量低很多。換言之，在用水高峰期間，水流量小，因此在一定時間內從出口流出的水的總量較少。另一方面，在用水低峰期間，在相同時間內從同一出口流出的水的總量則較大。
所有租房人將承擔用水低峰期間用水量較大的費用，因為公寓建筑通常沒有裝根據用水量自動調節水流量的流量調節器。而且租房人通常不會關心水資源的保護，因為它們的水費包含在他們的租金中或共管維修費用中。例如，與房主相比，公寓建筑的租房人幾乎不可能在他的住房中安裝限制水流量的節水裝置，而且在公寓單元中裝上(通常由公寓的房主安裝)這種設備時，公寓的租房人還常常會拆除這種裝置。結果，公寓建筑的用水量增加，而且所有的公寓租房人承受了公寓建筑中用水量增加的費用。當然，自來水公司不會特別關心由公寓租房人所造成的超額消費，因為增加用水量會使自來水公司的效益更好。
因此需要一種用水量變化的流量自動調節裝置，以克服上述問題。
發明目的和概要本發明的目的是提供一種裝置，該裝置利用活塞閥自動調節流過供水管的水流量。
本發明的另一目的是提供一種根據用水量自動調節和控制水流量的裝置。
本發明的再一目的是提供一種流量自動調節裝置。該裝置調節建筑物主供水管上水表和建筑物各用水戶之間的水流量。
按本發明的實施例，可以采用一種機械裝置來自動調節和限制水的消費，該機械裝置采用具有滑動活塞的活塞閥來調節水流量。該活塞閥可以改變水要流到下游用水出口所必須穿過的通水面積，通水面積按用水量的改變而改變。活塞中活塞的位置由裝置供水側的水壓和裝置用水側的水壓控制。當壓力達到平衡時活塞處于穩定位置，并且裝置中水壓處于平衡狀態。
為達到最大效率，該裝置包括壓縮彈簧，該彈簧反抗將活塞推到下游用水側從而達到最大打開位置的流水自然作用力，對著上游供水方向向活塞施加壓力，上述最大打開位置對應于最大水流量的位置。當活塞閥位于關閉位置時，在活塞兩側的水壓相等，因而活塞處于靜止狀態，通過裝置的水流量最小。此時所能達到的流量僅是通過活塞中小導管的流量和/或流過活塞外周面的流量。在最小流量位置活塞保持不動，直到裝置下游側的用水量增加。當裝置下游側或出口側用水增加和流過裝置的水流量不能在活塞的兩側提供相同的水壓時，活塞將響應這種壓力的不衡而向下游方向移動，移向裝置的出口側，以露出可以流水的額外的通水面積，由此將更多的水輸送到裝置的出口側。同時，當活塞向下游方向移動時，裝置的壓縮彈簧被壓縮。活塞的位置受到調節，直到活塞的供水和用水側的壓力達到平衡。因此活塞閥可以提供響應用水量而改變的水流量。
該裝置包括放水閥，該閥可以通過控制活塞的運動調節該裝置的水流量特性。為使該裝置達到最大的流量降低，該放水閥具有壓縮特性，該壓縮特性被設計成允許沿整個裝置存在壓差而不損害或改變建筑物內的用水。
該裝置包括中央進水管，其上游端是密封的，下游端是開放的，并在其上配置許多進水孔，當水流向下游時便穿過這些孔。在操作時水流入進水孔，流進進水管的中心導管。然后流到下游流出進水管的開放端部。進水孔的表面積對應于上述的流通面積，通過控制流水進水孔的總流通面積或總表面積便可以調節流量。進水孔配置成使裝置在用水量和水流條件變化時具有最大靈活性。應當逐個審查要安裝這種裝置的各個系統或建筑物，以便確定要求的水流量特性、合乎要求的壓縮彈簧和對放水閥的要求。
按照本發明的另一實施例，該裝置包括裝在中間入口室和出口室之間的放水閥或差壓閥。差壓閥檢測下游壓力的變化，并且在檢查到較低的下游壓力時，立即就將水從中間入口室排到或放到出口室。當中間入口室中的水被放到出口室中時，活塞閥的活塞將向下游方向移動，移向中間入口室，由此在裝置的進水管上露出更多的進水孔，從而讓水向下游流入出口室，流到公寓中的用水處。當用水停止時，出口室中的水壓又升高，直到與中間入口室中的水壓達到平衡。此時，差壓閥關閉，而活塞閥的活塞則受到壓縮彈簧的偏壓作用而向上游方向移動，直到達平衡和裝置中的水壓處于平衡狀態。
本發明的裝置連續地調節水流量并能夠自動調節用水量變化的水流量。
附圖簡述

圖1是本發明實施例的用水量變化的流量調節裝置的平面圖；圖2是圖1所示用水量變化的流量調節裝置的切開圖；圖3A是圖2所示用水量變化的流量調節裝置沿箭頭B看到的入口板的前視圖；圖3B是圖2所示用水量變化的流量調節裝置其入口板的側視圖；圖4A是圖2所示用水量變化的流量調節裝置其活塞閥的側視圖；圖4B是圖2所示活塞閥沿箭頭B看到的前視圖5是圖2所示用水量變化的流量調節裝置其進水管的側視圖；圖6是圖2所示用水量變化的流量調節裝置其外殼的側視圖；圖7是與圖2所示用水量變化的流量調節裝置聯用的放水閥的切開圖；圖8A是圖2所示用水量變化的流量調節裝置其出口板沿箭頭B看到的前視圖；圖8B是圖2所示用水量變化的流量調節裝置其出口板的側視圖；圖9A是與圖2所示用水量變化的流量調節裝置聯用的放水閥的平面圖；圖9B是圖9所示放水閥的切開圖；圖10示出進水孔圖案，并列出了圖2所示優選實施例的用水量變化的流量調節裝置其活塞在不同位置時露出的進水孔的數目和露出的進水孔的累積表面積。
優選實施例說明以下參考附圖介紹本發明的優選實施例，附圖中相同的編號代表同一或類似部件。
圖1是用水量變化的流量調節裝置10的平面圖，該裝置裝在水管3上，位于主供水管2和連接于建筑物14的建筑物水管12之間。建筑物14可以是公寓住宅建筑、設施共管住宅、辦公樓等。主供水管2中的水沿箭頭A的方向流入水管3。唯一的水表5度量輸送到建筑14的用水量。在優選實施例中，用量變化的流量調節器10裝在水表5和建筑物水管12之間。用量變化的流量調節器10可與旁通閥4、6和旁通管8結合使用，這些旁通部件可使水從旁邊通過用量變化的流量調節裝置10，因而不必中斷向建筑物14供水便可維修流量變化的流量調節裝置10。
圖2示出圖1的用量變化的流量調節裝置10的局部圖。用水量變化的流量調節裝置10包括入口板100(還示于圖3A和3B)、帶有沿箭頭C的方向前后滑動的活塞201的活塞閥200(還示于圖4A和4B)和穿過活塞閥200的進水管300(還示于圖5)。活塞201具有下游端部204，該端部壓靠壓縮彈簧390的上游端部392。壓縮彈簧390的下游端部394壓靠在出口板600(還示于圖8A和8B)的上游側。可調節的出水閥500(還示于圖7、9A和9B)便于操作者控制用水量變化的流量調節裝置10，使得操作者可以通過控制活塞201的運動調節活塞閥200，達到要求的流量特性。用水量變化的流量調節閥10包括入口連接件22、26，該連接件與連接管24螺紋嚙合。入口連接件26使連接管24與空心入口法蘭30的上游端連接，該法蘭的下游端又螺紋嚙合用水量變化的流量調節裝置外殼400(還示于圖6)的上游端。空心的出口法蘭40的上游端部擰在外殼400的下游端上。出口法蘭40的下游端由連接器56連接于連接管54的上游端。連接管54的下游端由連接器52連接于建筑物水管12(示于圖1)。
圖3A是圖2用水量變化的流量調節裝置10其入口板100沿箭頭B看到的前視圖，圖3B是圖2的用水量變化的流量調節裝置其入口板100的側視圖。入口板100為環形，具有中心開口102和入口流水孔110。軸向孔102裝在進水管300的螺紋上游端302上，如圖5所示，靠著螺母312。如圖2和圖3B所示，水流入空心入口法蘭30，流過入口板100的流水孔110，如箭頭F所示。
圖4A是圖2的用水量變化的流量調節裝置10其活塞閥200的側視圖，圖4B是該活塞閥200沿圖中箭頭B看到的前視圖。活塞閥200包括活塞201，該活塞又包括從上游端202延伸到下游端204的小縱向管212、214。按照優選實施例，活塞201不包括管212、214，而是將活塞201的尺寸作成可使水流過其外周面。中心軸向孔210的尺寸被定為進水管300可在其中滑動，操作時，水流入入口法蘭30，流過入口板100的流水孔110，通過管212、214和/或流過活塞201的外周面，流入用水量變化的流量調節裝置10的中間入口室15(示于圖2)。另外，水流過入口板100的流水孔110時將壓力作用于活塞201的上游端202，從而推動活塞201向下游運動并使活塞201的下游端部204壓靠壓縮彈簧390的上游端392。
圖5示于圖2的用水量變化的流量調節裝置10其進水管300的側視圖。進水管300具有可以流過水的進水孔320。進水孔320特別配置成如圖10所示的可促使產生所要流量特性的圖案。
參考圖2和5，進水管300穿過活塞201的中心軸向孔210。端蓋60使進水管300的上游端302與流水隔開，迫使水流過活塞201的外周面(和/或流過活塞201中的管212、214)并通過露出的進水孔320。當活塞201向下游方向移動時，在進水管300上的一些或所有進水孔320將暴露于水，因此水可以流過露出的進水孔320，流入進水管300的中心管330，如圖5的箭頭G所示。因此，在主供水管2中的上游供水壓力越大，活塞20便越向下游方向移動，結果是，沿進水管300的露出的進水孔320的數目便越多。可選擇地使用鎖定螺母314將進水管300的下游端部304固定在出口板600的中心孔620中，如圖2和8A所示。
參考圖1、2和5，活塞201按照主供水管2中水壓的變化和壓縮彈簧390的壓縮力調節其位置，該彈簧因建筑物14中用水量的改變而受到作用。具體是，當建筑物14中的用水量增加時，活塞201下游側204的水壓便減小，因而使得活塞201進一步向下游方向移動，從而使壓縮彈簧390進一步壓縮。
按照優選實施例，進水孔320如此配置，使得在活塞201向下游方向運動時由活塞201露出的進水孔的數目以非線性方式增加。換言之，當活塞201向下游方向移動時，露出進水孔320的累積表面積以遞增量方式增加。圖10示出優化實施例的用水量變化的流量調節器10的進水管300的進水孔320的配置圖案。并且在圖10中還列出沿用水量變化的流量調節器10的進水管300的活塞201不同位置露出的進水孔320的數目和露出進水孔320的累積面積。
進水管300可以用例如PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸樹脂和金屬材料制作。
圖6是圖2的用水量變化的流量調節裝置10其外殼400的側視圖。外殼400具有分別與入口法蘭30和出口法蘭40嚙合的402、404，如圖2所示。外殼端部402、404和入口、出口法蘭30、40可以包括將這些構件嚙合在一起的螺紋部分。外殼400可選擇地包括例如刻出或印出的標尺410，該標尺用英寸、厘米等單位表示活塞201的位置。外殼400可以用透明材料例如丙烯酸樹脂及PVC制作。
圖7示出可調放水閥500的切開圖，該放水閥通過改變活塞201的運動而控制用水量變化的流量控制裝置10的流量特性。圖8A是圖2的用量變化的流量調節裝置10其出口板600沿箭頭B看到的前視圖，圖8B是圖2的用水量變化的流量調節裝置10其出口板600的側視圖。放水閥500包括裝在出口板600的孔610中的上游端部502。放水閥500用螺母503固定于出口板600，由此使放水閥500固定就位。放水閥500包括具有外部放水孔510的外殼505，該孔使沿箭頭H進入放水閥500的水流出來，流到出口法蘭40中。彈簧530配置在間隔件550和活塞520之間。間隔件550通過轉動端蓋506而可被調節，使其沿箭頭R的方向移動。在放水閥500的外殼505上的額外的孔540使更多的水流入出口法蘭40。當活塞520上存在高水壓使活塞520反抗彈簧530的作用力向下游方向移動時或當適當轉動端蓋506而向下游方向退回間隔件550時，額外孔540便露出。
圖9A是優選實施例放水閥700的側視圖，而圖9B是其切開圖。放水閥700包括裝在出口板600的孔610中的上游端部702。放水閥700用螺母703固定在出口板600上而固定就位。放水閥700包括具有外部放水孔710的外殼705，進入放水閥700的水通過該放水孔流入出口法蘭40。在壓縮彈簧730裝在下游側的間隔件750和上游側的活塞720之間。活塞720具有傾斜的上游端725，該上游端可以堵塞放水閥700上的管孔727，從而關閉放水閥700，切斷水流。轉動螺栓707的頭部708可擰入或退出連接于間隔件750的螺栓707，這樣便可調節間隔件750，使其沿軸向方向移動。在放水閥700的外殼705上的額外孔740、745可使更多的水流入出口法蘭40。當活塞720上的高水壓反抗壓縮彈簧730的作用力推動活塞720向下游方向移動時或當轉動螺桿707的頭708縮回螺桿707而使間隔件750向下游方向退回時，便露出額外的孔740、745。根據螺桿707的位置和推壓活塞720的上游水壓，通過額外孔740和745的位置可以在放水閥700上設定各種放水量。
放水孔710不一定按圖9A所示配置，而可以采用能達到上述目的的其它配置方法。
或者，可以在用水量變化的流量調節裝置10中采用多于一個的放水閥500或700。當用多于一個的放水閥500或700時，按上述方法連接各個放水閥500或700。
可以應用旁通管8和旁通閥4、6向放水閥500或700供水，從而使水流改道，不流經用水量變化的流量調節裝置。如圖1所示。
上述實施例是本發明的示范性例子，不應當解釋為本發明局限于這些特定實施例。技術人員可以進行各種改變和變型而不違背由所附權利要求書確定的本發明的精神或范圍。例如，雖然本發明的用水量變化的流量調節裝置是針對例如公寓建筑物的水流量調節進行說明的，但本發明也用于其它類型建筑物例如集體宿舍、單戶住宅等的水流量調節。
權利要求
1.一種用于調節建筑物中供水系統水流量的用量變化的流量調節系統，該系統包括水源；調節裝置，其入口連接于水源，而其出口連接于建筑物內的供水系統，該調節裝置包括用于建立所需水流量特征的放水閥；其特征在于，調節裝置自動響應用水量的變化，當用水量增加時便增加流到建筑物的水流量，當用水量減少時便減少流到建筑物的水流量。
2.一種根據流體源可變壓力和流體用量的可變壓力調節流體流量的用量變化的流體調節裝置，該裝置包括具有入口和出口的空心外殼；配置在外殼中的空心縱向閥部件，該閥部件具有封閉的入口端、開放的出口端和圍繞空心內部的壁，該壁上有許多通孔；配置在外殼中并包圍閥部件的活塞，該活塞可沿閥部件的壁縱向滑動，從基本上復蓋壁上許多孔的第一位置滑到至少露出壁上許多孔中一個孔的第二位置；放水閥，連接于外殼，該放水閥通過控制活塞的移動可以控制流體流量特性；其特征在于，在外殼的入口和出口之間的流體壓力的不平衡造成活塞響應這種不平衡而沿閥部件的壁滑動，所以當外殼入口的流體壓力大于外殼出口的流體壓力時，流體進入外殼的入口，并使活塞沿閥部件的壁向外殼的出口滑動，因而至少露出壁上許多孔中的一個孔，并且流體流過露出的孔，進入閥部件的空心內部，然后流過閥部件的開放出口；在外殼入口和出口之間的壓力平衡造成活塞停在閥部件壁上的一個平衡位置；放水閥通過對外殼入口和出口之間的平衡起作用而控制活塞的運動。
3.如權利要求2所述的用量變化的流量調節裝置，還包括配置在外殼內用于向活塞施加偏壓的加壓裝置，該偏壓指向外殼的入口，其特征在于，當外殼入口的流體壓力超過外殼出口的液體壓力和加壓裝置的偏壓力兩者時該加壓裝置由活塞壓縮。
4.如權利要求2所述的用量變化的流量調節裝置，其特征在于，在閥部件壁上的許多孔被配置成一種圖案，使得許多孔的累積表面積從閥部件入口端到閥部件出口端以遞增量方式增加。
5.一種用量變化的流量調節裝置，包括具有入口和出口的空心外殼；進水管，配置在外殼內，具有封閉的入口端、開放的出口端和許多穿過其壁的進水孔，進水管出口端與外殼的出口端流體相通；活塞，包圍進水管的一部分，配置成可在外殼內沿進水管滑動，該活塞可在進水管上的許多進水孔被復蓋的位置和許多進水孔中至少一個孔被露出的位置之間滑動；加壓裝置，配置在外殼內，用于向活塞施加方向朝外殼入口的偏壓力；連接于外殼的放水閥，該放水閥通過控制活塞的運動而可調節地控制通過外殼的流量特性；其特征在于，進入外殼入口的流體在對著外殼出口的方向對活塞施力，因而當流體的作用力超過該偏壓力時，活塞向外殼出口的方向移動，移到露出許多進水孔中至少一個孔露出的位置，由此可使流體流過該至少一個露出的孔，進入進水管的內部，然后流向進水管的出口端，并經外殼出口端流出；放水閥通過對外殼入口和出口之間流體壓力的平衡起作用而控制活塞的運動。
6.如權利要求5所述的用量變化的流量調節裝置，其特征在于，進水孔配置成一種圖案，使得進水孔的累積表面積從進水管的入口端向進水管的出口端以遞增量的方式增加。
7.如權利要求5所述的用量變化的流量調節裝置，其特征在于，活塞具有小管，該小管穿過活塞而從外殼的入口端伸到外殼的中間室。
8.如權利要求7所述的用量變化的流量調節裝置，其特征在于，放水閥連接在外殼的中間室和出口端之間，該放水閥包括空心殼，具有與中間室流體相通的入口端、封閉的出口端和其壁上的開孔，該孔使流體從空心殼的入口端流到外殼的出口端；活塞，可滑動地配置在空心殼中，可在復蓋空心殼上開孔的位置和至少露出一個開孔的位置之間滑動；加壓裝置，配置在空心殼內，用于向活塞施加方向朝空心殼入口端的偏壓；可調定位置，用于調節定位空心殼中的加壓裝置；其特征在于，從外殼中間室進入空心殼入口端的流體對活塞施加壓力，使其向空心殼的封閉端部滑動，由此至少露出空心殼上的一個開孔，通過放水閥空心殼上的露出的開孔使流體在外殼的中間室和出口端之間流動。
9.如權利要求8所述的用量變化的流量調節裝置，其特征在于，放水閥上的開孔配置成可供各種放水量用的排列，活塞用可調定位裝置和使該排列的不同部分露出的加壓裝置定位，由此可提供由調節裝置使用者選擇的各種放水量。
10.如權利要求8所述的用量變化的流量調節裝置，其特征在于，放水閥的活塞具有傾斜的入口端，該入口端可用來基本上關斷流體，使其不能從中間室經放水閥流到外殼的出口端。
全文摘要
用量變化的流量調節裝置(10)根據供水的可變壓力和可變的用水壓力調節進入建筑物內的水流量。當在流量調節器下游用水量增加時,在活塞閥(200)的活塞下游側的水壓降低,因而活塞閥(200)的活塞(201)向下游方向移動。這導致暴露于水流的進水孔(320)的數目增加,因而在用水量增加時產生大的水流量。可調放水閥(500)通過改變活塞(201)的運動控制調節裝置(10)的流量特性。
文檔編號G05D7/00GK1180424SQ97190095
公開日1998年4月29日 申請日期1997年2月19日 優先權日1997年2月19日
發明者埃里克·利昂, 斯蒂芬·利昂 申請人:埃里克·利昂, 斯蒂芬·利昂