专利名称：带有可拆卸的层流芯子的喷水嘴的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种管子附件(plumbing fixture)，尤其是涉及一种输出一股层流流体的喷水嘴。
背景技术：
此前已经对提供层流水流的管子附件进行了描述。比如参见美国专利文献US 3,730,440、3,851,825、4,119,276、4,657,186、4,730,786、4,795,092、5,160,086、5,213,260以及5,242,119。层流在此意味是说液流通常是非扰动的，具有基本上不波动的局部流速和压力，从而使得所获得的液流大体呈杆状。由于输出的液流一般如同一个清晰的玻璃棒，所以希望将这种层流用于装饰目的。
在通过适合的喷嘴孔排出之前，供应的水一般流过一系列流动平滑元件。所述流动平滑元件通常是多孔盘、筛网和过滤器，它们按顺序被设置在供水接头的下游。所述流动平滑元件根据需要改变流速并重新进行流速分配，从而将紊流改变成层流。
现有管子附件存在的一个问题是筛网、过滤器和多孔盘上的小孔可能随着时间的流逝由于供水中的矿物沉淀和沙砾而被阻塞。这可能导致层流减少或消失。为了解决这个问题，需要周期性从管子附件上拆卸被阻塞的元件，以便清洗或更换。
一般来说，流动平滑元件被独立地组装到管子附件内，从而使得为了拆卸它们，操作人员必须一件件地拆卸开相对微小的元件。清洗或更换后，必须按原有顺序重新装配每个元件，以便提供适合的流动特性。这项任务可能是乏味的，容易出错，要求手工技巧，(在一些情况下)可能超出一些用户的技能程度(因此要求专业的管路维护人员)。如果在不毁坏承重墙(permant wall)的前提下无法从室内触及到流动平滑元件，那么完成所述任务会更为艰难。
因此需要一种经过改进的喷水嘴，其中的流动平滑元件可以较为容易地进行清洗、维修或更换。
发明内容
在本发明的一个方面中，提供了一种喷水嘴，其具有一个附件体(fixture body)，该附件体限定出了一个端部敞开的凹腔和一个通向该凹腔的开口，所述开口可以被连接到一条供液管线上。一个芯子被可拆卸地设置在所述附件体的凹腔内，并且具有一个壳体，该壳体具有一个与所述附件体上的开口流体连通的入口和一个出口，并且包括多个被设置在所述入口与出口之间的流动平滑元件，这些元件用于使得流过芯子的流体的流动呈现层状。一个喷嘴被设置在所述芯子上的出口附近，并且具有一个喷孔，通过该喷孔，离开喷水嘴的流体可以以液流形式喷射出。
在最佳形式中，所述壳体是一个端部敞开的壳体，并且一个端帽可以配合在所述敞开端部的附近。所述入口位于与端帽相对的壳体后壁上的一个凹入部分内，所述出口位于所述端帽上。一个压力补偿流量调节器被设置在所述凹入部分内。
在本发明的另外一种形式中，所述多个流动平滑元件选自于筛网和泡沫过滤器。另外，在所述芯子中，一个筛网可以被设置在一个泡沫过滤器与一个垫圈之间。
在本发明的另外一种形式中，所述附件体可以是一个杯形元件，带有一个封闭端部和相对的敞开端部，敞开端部具有一个圆周凸缘，当穿过墙壁安装该喷水嘴时，所述凸缘有助于卡持在墙壁上。所述开口设置在一个径向侧壁中，并且一个带有凸缘的夹持套筒套叠在所述附件体中，沿径向位于所述芯子的外侧。后一特征使得所述组件容易根据不同的墙壁厚度进行调整。
在本发明的另外一种形式中，所述附件体是一个具有突伸茎杆的水龙头体，所述茎杆部分限定了所述凹腔。所述喷嘴配合在所述茎杆上。
本发明的另外一方面提供了一种包含有流动平滑元件的替换芯子。这种替换芯子可以用在盥洗室水龙头体内，或者可固附于竖直房间墙壁上的壳体内。
因此，本发明提供一种可以输出层流水流的管子附件。一种结构紧凑易于更换的芯子包含有所有必要的流动平滑元件和压力调节元件，从而使得它们可以同时从管子附件中取出(用于进行清洗、维修或者更换)。此外，本发明中的壳体被设计成无需到达墙壁的后侧即可容易地触及到所述芯子。
通过下文的描述，本发明的上述和其它优点将变得清楚明白。在下文中将结合附图进行描述，所述附图构成了本发明的一部分，并且示出了本发明的最佳实施例。这些实施例并不代表本发明的完整范围，因此，为了评判本发明的完整范围，必须参阅权利要求书。
图1是一个本发明中安装于墙壁上的喷水嘴的纵向剖视图；图2是一个分解视图，只是后部附件体旋转了90°，并且示出了全部的芯子；图3是一个沿图2中线3-3的纵向剖视图；图4是一个分解视图，部分地示出了图3中所示芯子的断面；图5是一个可选择实施例的纵向剖视图，示出了一个能够安装于水平面上的水龙头喷嘴；图6是图5中所示水龙头的分解视图。
具体实施例方式
首先参照图1和2，作为主要元件，可以安装在墙壁上的管子附件10包括一个后部附件体12、一个层流芯子14、一个前部喷嘴16以及一个装饰孔罩18。附件体12大体呈圆柱杯形状，其最好由黄铜制成。其包括一个后底部20、管状侧壁22以及一个前端凸缘24。管状侧壁22具有一个径向开口26，供水管线28可以连接到该径向开口26上。附件体12具有一个用于容置芯子14的凹腔30。
接着参照图3，芯子14具有一个大体呈圆柱形的外壳体32，该外壳体32具有一个底部34和一个包围在腔室38周围的圆柱形侧壁36。底部34具有一个圆形向后敞口的凹入部分40，该凹入部分40带有一个较小的中央入口42。一个圆盘状压力补偿流量调节器44，比如能够从美国康涅狄格州沃特伯里市的Neoperl公司购买到的圆盘状压力补偿流量调节器，被压入到凹入部分40内。
随着水压的增加，调节器发生挠曲来减小中央入口的容积。这样就能够保持通过该调节器的液流体积相对恒定。最好，流量调节器44的可操作压力范围是12至145磅/平方英寸(0.8至10巴)。
壳体32最好由诸如NORYL(通用电器的一个商标)塑料制成，所述塑料是聚苯硫醚与聚苯乙烯树脂的混合物。壳体32的内直径可以大约是2英寸，流动平滑元件的外直径略小于2英寸。壳体32的外直径可以略大于2英寸，同时其总长度刚刚超过3英寸。
壳体腔室38内包含有一系列圆形或圆柱形流动平滑元件。尤其是，这些流动平滑元件包括一个过滤器46、四个筛网48以及两个垫圈50和52。过滤器46最好由孔隙为每英寸具有大约45个微孔的网状泡沫聚氨酯盘制成，参见美国专利US 4,795,092，该美国专利对一种开孔泡沫过滤器进行了讨论。
筛网48最好由20×20不锈钢网格组成。垫圈50和52最好是Noryl并且其长度分别为0.65和0.20英寸。流动平滑元件可以按照图3和4所示顺序排布在腔室38内，也就是说在过滤器46的每一侧均具有一个筛网48，其后设置有垫圈50、第三筛网48、盘52以及第四筛网48。这些元件由一个Noryl端帽54夹持在一起，所述端帽54借助于一种合适方式，比如螺纹连接或者超声波焊接，装配在壳体32的敞口端部上。端帽54基本上是一个具有阶梯状断面的圆环，限定出了两个不同的内直径，并且较小的内直径位于壳体32的端部处。端帽54具有一个较大的、占据整个宽度的出口56。
再次参照图1和2，圆柱形黄铜套筒58的外直径略小于附件体12的内直径，被以套叠方式环绕芯子14的一个端部装配在附件体凹腔30内。在套筒58的内侧端部处，存在有一个包含一O形环62的圆周凹槽60，所述O形环62在套筒58与附件体12之间形成一个水密性圆周密封部。在套筒58相对于附件体12轴向滑动时，该密封部得以保持。
套筒58的另一端部具有一个圆形凸缘64，用于当将管子附件10凹入安装在一个墙壁开口中时，抵靠在显露出来的墙壁表面上。套筒58可以相对于附件体12轴向滑动，以允许不同尺寸的房间墙壁被夹持在附件体12的端部凸缘24与该凸缘64之间。螺纹紧固件(未示出)被螺接入相应凸缘88、24和64上的开口66和68内，从而卡持在墙壁上。可以根据需要拧紧或松开所述紧固件，来将管子附件10固定在厚度变化的墙壁上。
例如，操作人员可以进行粗略安装，此后在安装最后的壁板(wall board)时进行精确的拧紧操作。通过使得套筒58轴向滑动来完成后续调整，以适应竣工墙壁。
喷嘴16最好是由黄铜制成的环状体，该环状体具有一个限定出两个不同外直径70和72的阶梯状外壁，所述外壁分别带有包含有O形环78和80的圆周沟槽74和76。外直径70被加工成能够将喷嘴16装配到出口56内，同时由O形环78提供一个水密性密封部。外直径72被加工成使得O形环80与套筒58的内直径相匹配，以提供一个水密性密封。
设置有喷孔82，该喷孔82呈一个沿远离芯子14的方向逐渐变小的截头圆锥形倾斜凹入部分形状，通往一个陡峭边缘84。喷嘴16的另一端部包括一个同轴阶梯状内直径，所述阶梯状内直径具有较大的直径，并具有内螺纹86。喷嘴16的该端部也包括一个凸缘88，该凸缘88具有能够与套筒凸缘64上的开口68相对正的螺纹开口90，用于将喷嘴16固定在适当的位置上。
装饰孔罩18最好是装饰性的、经过抛光的黄铜制环形凸缘元件，具有一个前端部，该前端部的外直径大于套筒58和喷嘴16的外直径。装饰孔罩18的内端部具有一个外直径，其具有一个包含有O型环94的圆周沟槽92，并且被加工成能够由O型环94在喷嘴16的较小内直径部分上形成一个水密性密封，装饰孔罩18还具有一个较大的带有螺纹的外直径部分100，该螺纹部分100被螺接入喷嘴16内。装饰孔罩18内端部处的内直径略微大于喷孔边缘84，并且平滑地呈锥形向外倾斜，以与前端部处的外直径部分发生交汇。
当供水管线28被连接到管子附件10上时，水可以径向流入附件体凹腔30内，向后流动，然后径向向内流向流量调节器44，然后通过入口42流进芯子14。
如上所述，流量调节器44响应于流速的波动而进行工作，来调整入口42的可通过尺寸，以便提供一个相对恒定的进入芯子14的流速。流动平滑元件(过滤器、筛网)以及垫圈被选择和设置成贯穿芯子壳体32的整个内直径更为均匀地分配通过入口42的水的流速分布，最终消除紊流和气穴现象。
具体地说，流过入口42的水进入具有显著较大直径的腔室38内。断面的突然扩大会趋于降低水的流速。随着水通过过滤器46上的微孔，非轴向速度矢量(导致紊流)受到泡沫材料的阻塞，从而使得速度矢量为轴向的水离开过滤器46。随着水穿过一系列筛网48，流速分布图变得平坦，从而从液流断面的中部到边缘，具有几乎均匀的液流。垫圈50和52将筛网48分开，从而使得它们逐级工作，在进入下一个筛网48之前，允许水得以补充。
水通过喷嘴82离开芯子14。陡峭边缘84提供足够的分离作用，以形成侧向飞溅极少或者没有的单股层流的水流。排出的水流清澈并且流畅，有趣地类似一根玻璃柱。
为了日常维修(比如当液流的流动状态由于水中的钙或其它矿物的沉淀或由于存在砂砾而发生变化时)，通过取出芯子14，所有流动平滑元件可以同时被快速和方便地从附件体12中取出，以便进行清洗或更换。这在不到达墙壁后方的条件下也可以实现。
从喷嘴14上松脱装饰孔罩18，并且将凸缘88、64和24上的螺纹紧固件拆卸下来，以便在拔出喷嘴16和套筒58之后，可以将芯子14从腔室38内取出。可以利用一种合适的溶液来对流动平滑元件和流量调节器进行清洗，或者可以简单地利用一个新的芯子14替换掉老的芯子14。在任何一种情况下，套筒58均可以被插入到腔室38内，直到凸缘64接触到显露出来的墙面为止。然后，清洗后的或新的芯子14可以被插入到套筒58内，直到相应的圆周卡持表面103和105发生配合为止，并且喷嘴16随后可以被插入到套筒58内，直到喷孔82坐靠在出口56上为止。螺纹紧固件被重新紧固起来，随后装饰孔罩18被重新紧固起来。
图5和6显示了一种可选择的水龙头实施例。在本实施例中，附图中相同元件采用了相同的附图标记加以表示，但是使用了后缀“A”。管子附件10A包括一个承载有一常规流量控制阀102的黄铜制水龙头体12A。在水由所述阀混合和/或体积控制之后，向下流入通道107内。
水龙头体12A还包括一个限定出一接收腔室30A的喷嘴茎杆104，其中接收腔室30A用于容置层流芯子组件14A。接收腔室30A的底部具有一个开口26A，该开口被联接于导管107。
芯子14A如前所述那样使得穿过其中的水流平滑，并且如前所述那样包括由相同材料制成的相同组件，虽然最好略较小一些。在一种最佳形式中，芯子壳体32A的外直径大约是0.9英寸，整体长度刚好小于1.5英寸。流动平滑元件(过滤器46、筛网48A以及垫圈50A和52A)和流量调节器44A成比例缩小。此外，与前述芯子不同的是，壳体32A包括一个沿着其外直径用于容置O型环108的圆周沟槽106，靠近腔室30A的底部，所述O型环与腔室30A的内壁相匹配。
在凹腔30A的敞开端部处，喷嘴茎杆104还包括有内螺纹108。螺纹108与喷嘴16A的螺纹端部110相配合。喷嘴16A是一个倒置的杯形元件，在其一个端部处具有一个锥形陡峭边缘喷孔82A。如图5和6所示，喷嘴茎杆104向上倾斜，从而使得排出的液流具有一个弧形路径。来水轴向进入，但是芯子的工作方式类似。
因此，本发明提供了适用于在不同管道环境下产生出层状水流的喷嘴。一个紧凑的芯子包含有所有的流动平滑元件和压力调节元件，从而使得它们可以作为一个单元被从附件中取出，以便进行清洗、维修或更换。在室内，通过松开和取下喷嘴(以及可应用的装饰孔罩)，芯子可以被轻易地从管子附件的一端取出。
尽管已经示出了具体的实施例，但是对于本技术领域中的熟练技术人员来说，可以在本发明的精神和范围之内进行各种改进。因此，为了理解本发明的完整范围，必须参阅后面的权利要求书。
工业实用性公开了可以提供层流并且具有整体式可更换芯子的喷水嘴。
权利要求
1.一种喷水嘴包括一个附件体，其限定出了一个端部敞开的凹腔和一个通向该凹腔的开口，所述开口可以被连接到一条供液管线上；一个芯子，该芯子被可拆卸地设置在所述附件体的凹腔内，并且具有一个壳体，该壳体具有一个与附件体上的所述开口流体连通的入口和一个出口，所述壳体中包含有多个设置于所述入口与出口之间的元件，用于使得流过所述芯子的流体的流动呈层状；一个喷嘴，该喷嘴被设置在所述芯子的出口附近，并且具有一个喷孔，通过所述喷孔，离开该喷水嘴的流体可以以一股液流方式喷射出。
2.如权利要求2所述的喷水嘴，其特征在于所述壳体包括一个端部敞开的壳体和一个可以配合在所述壳体的敞开端部附近的端帽。
3.如权利要求2所述的喷水嘴，其特征在于所述入口位于所述壳体上与端帽相对的后壁上的一个凹入部分内，而所述出口位于所述端帽上。
4.如权利要求3所述的喷水嘴，其特征在于还包括一个设置于所述凹入部分内的压力补偿流量调节器。
5.如权利要求1所述的喷水嘴，其特征在于多个选自于筛网和泡沫过滤器的元件。
6.如权利要求5所述的喷水嘴，其特征在于在所述芯子中，一个筛网被设置在一个泡沫过滤器与一个垫圈之间。
7.如权利要求1所述的喷水嘴，其特征在于所述附件体是一个杯形元件，其具有一个封闭端部和一个相对的敞开端部，所述敞开端部具有一个圆周凸缘，当穿过墙壁安装该喷水嘴时，所述凸缘有助于卡持在墙壁上。
8.如权利要求7所述的喷水嘴，其特征在于所述开口设置于径向侧壁上。
9.如权利要求1所述的喷水嘴，其特征在于还包括一个带有凸缘的套筒，其套叠式位于所述芯子径向外侧的附件体内。
10.如权利要求1所述的喷水嘴，其特征在于所述附件体是一个具有一突伸茎杆的水龙头，所述茎杆部分地限定出了所述凹腔，并且所述喷嘴配合在所述茎杆上。
11.一种适用于权利要求1中所述喷水嘴的芯子，该芯子包括一个壳体，该壳体带有一个靠近一端部的入口，和一个靠近相对端部的出口，并且包含有多个被置于所述入口与出口之间的元件，这些元件用于使得流过该芯子的流体流动呈层状。
全文摘要
一种能够从壁装或水龙头附件体(10)提供层流液体的喷水嘴。附件体(10)限定出了一个凹腔(30)和一个用于与供液管线(28)相连的开口(26)。芯子组件(14)被设置在体腔(30)内。芯子(14)具有一个壳体(32)，该壳体(32)带有一个与开口(26)流体连通的入口(42)和一个出口(56)。芯子壳体(14)包含有多个位于入口(42)与出口(56)之间的元件(46，48，50，52)，用于使得流过该芯子组件(14)的液流平滑。一个靠近所述芯子的出口设置的喷嘴(16)具有一个陡峭边缘喷孔(82)，通过该陡峭边缘喷孔，离开管子附件的液体可以以一股单层液流的方式喷射出。当附件体(10)已经安装到位后，可以将喷嘴(16)从附件体(10)上拆卸下来，从而使得通过将芯子组件(14)从凹腔(30)中取出，可以将所有的流动平滑元件(46，48，50，52)一同取出。
文档编号B05B1/02GK1496285SQ02806227
公开日2004年5月12日 申请日期2002年1月29日 优先权日2001年2月6日
发明者唐纳德·P·弗赖尔, 唐纳德 P 弗赖尔 申请人:科勒公司