用于自动关闭组件的计量装置的制作方法

本发明涉及一种用于自动关闭组件的计量装置，以计量收集在腔室中的液体体积。特别地，本发明涉及一种用于自动关闭组件的计量装置，其能够剂量通过的水的体积并且还确定水纯化器中过滤器的寿命终止和引起该过滤器的校准寿命结束后自动关闭。

背景技术：

本说明书通篇对现有技术的任何讨论在任何方面都不应被视为认可该现有技术是众所周知的或者形成本领域中普通常识的一部分。

世界上的许多人生活在其中卫生饮用水严重短缺的国家。在这些地区的人们必须直接依赖于如井、池塘和河流的地下水源。这些水源经常被污物、工业废液和农业副产品所污染。这些地区通常是不具有市政饮用水处理厂的小村庄。因此，这些人在消费水之前必须自己处理水。来自这些来源的水往往被人们以小量(如十至二十升)收集在桶或壶中以供一天的使用来饮用消费。产生清洁水的最常用的方法是煮沸。

存在各种各样的纯化水的方法，其可以通过使用重力给进的装置或其他，例如使用基于反渗透、超滤、紫外线的以及本领域已知的许多其他方法。基本上，在所有这些方法中都存在机构以移除悬浮和溶解的杂质并且使水具有微生物安全性。

使用不同类型的过滤器来移除微生物杂质是已知的。这些过滤器基于一定的水质具有确定的寿命，并且在达到寿命终止后，过滤器将不得不更换。如果过滤器不按时更换，那么这是潜在危险的，因为消费者会具有错误的印象，认为他们消费的水是安全并可靠的，而该水可能是不纯净的水。因此，需要自动的机构来确保一旦过滤器的寿命耗尽，水就不流。

过滤器的寿命取决于通过该过滤器的水的升数，记录升数(literage)将使得能够确定过滤器的寿命。此外，为了使消费者不在过滤器寿命结束后继续使用过滤器、以及预定体积的水流通过过滤器，具有自动关闭机构将是高度有益的。这将确保消费者不会消费不纯净的水。

指示常规处理单位的寿命终止的精确措施之一是通过使用被称为“流动积算”的工艺的装置。这些装置通常不具有自动关闭机构。

US4698164(Kinetico INC,1987)公开了一种过滤仪器，包括流体监测头和可拆卸地固定到所述头的可更换的滤筒。该滤筒包括关闭机构，其用于当预定量的流体已由过滤器处理时中断流体流通过该滤筒。在安装过滤器时，流体监控头被可释放地耦合到关闭机构。关闭机构包括由轴以螺纹承载的阀元件，其形成从动部件的一部分，可操作地连接到传动部件，形成监测头的一部分。当从动部件转动时，阀元件逐渐去螺纹化直到其分离并通过偏置弹簧驱动至流中断位置。传动和从动部件之间的耦合包括所述部件之一上的孔，其通过形成于另一个部件上的弹性舌啮合。

US5928504(Recovery Engineering，1999)公开了一种水龙头安装的水处理装置，包括流量积算器和与积算器配合的寿命终止指示器以告诉用户何时需要更换滤筒。寿命终止的指示通过阀和转动筛提供，该阀在预定的体积被过滤后停止水流，该转动筛显示在滤筒中剩余的可用寿命的量。

US5873995(Clorox Co.,1999)公开了一种寿命终止指示器，其包含其中具有腔室并且可连接到水处理装置的壳体，设置在腔室内的膜片，其上设置有标记的、适合于与壳体配合的可转动盖，用于相对于壳体转动盖的弹簧装置，用于调节所述盖的转动位移的擒纵装置以及用于将所述盖复位到起始位置的措施。该腔室被布置为使得水进入水处理装置而使腔室增压，以及水从水处理装置流出而使腔室减压，水的进入和流出限定一个填充周期。该膜片被布置为通过腔室的增压和减压移动。该擒纵装置被布置为与膜片和弹簧装置配合，其中在每个填充周期期间提供所述盖预定的增量转动

EP1138235(Moulinex,1922)公开了一种电器，其具有用于处理水的可移除式滤筒，其具有指示单元，该指示单元在可动部件到达预定位置时给出滤筒需要更换的指示。这也对浮标、棘轮和棘爪组件机构起作用，但只具有显示滤筒何时需要更换(其可能被使用者忽略)的指示器设备而不具有防止使用者消费未纯化的水的自动关闭机构，所述未纯化的水可甚至在达到滤筒寿命终止后流动。

WO9615994(Recovery Engineering,1996)公开了具有纯化滤筒的水处理，其具有寿命终止机构。该仪器包括具有至少一个使液体通向腔室的开口的壳体，其通过壳体和水处理单元的内部的内部形成。该腔室包括安装到壳体的支撑部件。浮标可转动地安装在支撑部件上。在由水处理单元的每个循环(使用)而造成的浮标的每次转动时，支撑部件将浮标的运动限制为预定的距离。一旦浮标做了特定数量的转动并且经过了支撑构件的完整距离(当水填充和从腔室排出时)，浮标就停留在其中它通过使液体通向壳体中腔室的开口可见的位置，指示该水处理装置的寿命终止。

WO9615994公开了一种水流限制机构，但其当达到寿命终止时没有完全停止水流。该装置确定未纯化的水流而不是纯化的水流，并且会取决于水的质量而存在其他问题。寿命终止指示器仅仅在预定体积的水已流动通过之后才是可见的，并且不可能提供达到寿命终止的预警。

现有技术中已知的大多数寿命终止和计量机构依赖于流动的水的动量以在合适地设计的机构中驱动一些可动部件。然而，这些机构中的大多数当系统中的水流量非常低时无法工作。本发明的目的在于克服这一主要的局限。

本发明人已经能够设计出一种用于自动关闭组件的计量装置，其能够在连续使用中当预定体积的水已被收集在腔室中之后停止水流。还可以设计出一种用于自动关闭组件的计量装置，其能够在预定体积的水已通过过滤器过滤掉之后停止水流。

本发明人已经能够设计出一种用于自动关闭组件的计量装置，其能够测量水的体积并且在达到过滤器的寿命终止时停止水流。该系统是纯机械系统，无电运行并且仅仅利用浮力原理。该系统可以测量的流过的水的体积并且还提供自动关闭，即使当装置不在水流动的路径中也是如此。该装置特别能够准确地计量在腔室中收集到的水的体积，即使当进入腔室中的水流量非常低时也是如此。

技术实现要素：

根据本发明所述，提供了一种用于自动关闭组件的计量装置，所述计量装置包含：

a.浮标(1)；

b.齿条(2)和小齿轮(pinion)(3)组件；

c.棘轮(4)和棘爪(5)组件；

d.螺杆(7)和驱动器(8)，内螺纹与所述螺杆的外螺纹配合；

其中浮标(1)与齿条(2)的近端连接，并且所述浮标的往复运动导致所述齿条的往复运动；

其中齿条(2)与小齿轮(3)啮合，小齿轮(3)可转动地安装在轴(6)上；

其中棘爪(5)安装在小齿轮(3)上，小齿轮(3)与固定在轴(6)上的棘轮(4)啮合，使得小齿轮(3)的转动运动仅以一种转动方向被传递到轴(6)；并且

其中轴(6)任选地经由齿轮组(gear train)与螺杆(7)连接，使得轴(6)的转动运动导致螺杆(7)的转动运动引起驱动器(8)的线性运动。

根据本发明的另一个方面，提供了一种重力给进水纯化装置，其包含：

i.用于接收待纯化的水的顶部腔室和用于收集经纯化的水的底部贮存腔室；

ii.在所述顶部腔室和底部贮存腔室之间流体连通的过滤器；

iii.根据权利要求1所述的用于自动关闭组件的计量装置；和

其中所述用于自动关闭组件的计量装置的浮标被放置于所述底部贮存腔室中。

根据本发明的又一个方面，提供了一种确定在上文限定的水纯化装置的贮存腔室中收集到的水体积的方法，所述方法包括：

i.校准根据权利要求1所述的用于自动关闭组件的计量装置以符合过滤器的寿命；

ii.使得离开所述过滤器的水收集在所述贮存腔室中；

iii.调解所述贮存腔室中所述浮标的运动以引起所述齿条的往复运动；

iv.通过所述小齿轮的转动，实现所述轴的转动；和

v.引起所述驱动器的线性运动以关闭所述过滤器的入口或出口。

本发明的特征和优点会对于阅读了下文的详细说明和所附权利要求的本领域普通技术人员变得显而易见。为了避免疑义，本发明的一个方面的任何特征可以用于本发明的任何其他的方面中。词语“包含”旨在表示“包括”而不一定是“由...构成”或“由...组成”。换言之，所列举的步骤或选项不需要是穷举的。应注意，下文说明书中给出的实施例、实施方式和附图旨在阐明本发明而不旨在将本发明限制为那些实施例本身。

具体实施方式

本发明涉及一种用于自动关闭组件的计量装置，该计量装置能够计量水的体积，并且还能够引起被分配到贮存腔室中的水源的自动关闭。

所述用于自动关闭组件的计量装置基本上包含：

a.浮标(1)；

b.齿条(2)和小齿轮(3)组件；

c.棘轮(4)和棘爪(5)组件；

d.螺杆(7)和驱动器(8)，内螺纹与所述螺杆的外螺纹配合；

其中浮标(1)与齿条(2)的近端连接，并且所述浮标的往复运动导致所述齿条的往复运动；

其中齿条(2)与小齿轮(3)啮合，小齿轮(3)可转动地安装在轴(6)上；

其中棘爪(5)安装在小齿轮(3)上，小齿轮(3)与固定在轴(6)上的棘轮(4)啮合，使得小齿轮(3)的转动运动仅以一种转动方向被传递到轴(6)；并且

其中所述轴任选地经由齿轮组与螺杆(7)连接，使得所述轴的转动运动导致所述螺杆的转动运动引起驱动器(8)的线性运动。

浮标：

优选浮标位于水贮存腔室中并在计量期间与水接触。优选浮标尽可能接近水贮存腔室的底板并且更优选与该底板接触，使得即便在贮存腔室中第一次收集水之后，该底板也优选地与水接触。浮标优选地由选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、高抗冲聚苯乙烯、通用型聚苯乙烯、聚丙烯共聚物、聚丙烯、聚碳酸酯、聚乙烯、聚甲醛中的材料或任何其它合适的材料制得。

齿条和小齿轮：

当贮存腔室中的水位改变时，浮标和齿条优选在贮存腔室中具有垂直的往复运动。齿条的间距(pitch)优选地根据水纯化器的尺寸而变化，并且间距优选地通过待计量的水体积确定。齿条和小齿轮由选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、尼龙中的优选材料或任何其它合适的材料制得。

齿轮：

用于自动关闭组件的计量装置优选地包含在所述轴和引起驱动器线性运动的螺杆之间的齿轮组。所述齿轮组优选包含至少一个直齿轮或锥形齿轮组件，并且在优选的实施方式中，可以具有直齿轮和锥形齿轮组件二者。优选在锥形齿轮组件中，锥形齿轮组件的第一齿轮优选地固定在第一轴上，而锥形齿轮组件的第二齿轮固定在螺杆上。优选锥形齿轮组件的第一齿轮和第二齿轮彼此以90度啮合。

当提供该齿轮组并且优选地包含至少一个直齿轮组件时，提供与第一轴平行的第二轴。第一直齿轮优选地固定在第一轴的近端上以使其能够与第二直齿轮啮合，所述第二直齿轮被固定在与第一轴平行的第二轴上。

优选具有一个以上的直齿轮组件以优选地协助改变可在达到自动关闭之前被计量的水体积。

优选提供锥形齿轮组件以将驱动器的线性运动转换为垂直运动。

所述齿轮可由任何合适的材料制得，并且优选由选自丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、尼龙中的材料制得。

螺杆和驱动器：

优选螺杆的间距与驱动器的行进具有直接的关系。

优选对于给定的齿条的运动，驱动器的行进是由螺杆的间距决定的。浮标的正向运动引起螺杆的转动，螺杆的间距越高，驱动器的相应的直线行进越少。驱动器的整体行进可以优选地通过增大或减小螺杆的间距来改变。优选将刻度盘连接到驱动器上，其以直线标度移动，其标识显示贮存腔室中收集到的水的升数。

所述螺杆和驱动器可由任何合适的材料制得，并且优选地由丙烯腈-丁二烯-苯乙烯、聚碳酸酯、聚甲醛、尼龙制得。

自动关闭机构：

“自动关闭”优选在计量到了期望的水体积之后触发，并且可通过适当地设计机构而实现。优选利用驱动器的线性运动以关闭被分配到贮存腔室中的水源，并且更优选地关闭贮存腔室的入口。基于这种机构，优选所述“自动关闭”可以通过若干构造而实现。

优选的自动关闭机构是利用驱动器的线性运动来触发(trip)弹簧加载的关闭阀，所述关闭阀关闭被分配到贮存腔室中的水源，并且更优选地关闭贮存腔室的入口。在优选的实施方式中，弹簧被压缩并且在正常水流期间在壳体中保持在张力下。在弹簧的最末端上安装了垫片。当计量装置接近预定的体积时，驱动器的线性运动引起弹簧的触发。当弹簧的张力被释放时，它回到它初始的位置，通过垫片关闭入口，从而引起贮存腔室的入口关闭。优选以这样的方式安装自动关闭组件，使得驱动器可以引起垫片关闭贮存腔室的入口。在更优选的实施方式中，当将用于自动关闭组件的计量装置提供在水纯化装置中时，垫片可以关闭从过滤介质流出或进入过滤介质的水或者与过滤介质流体连通的贮存腔室的入口。

另一种优选的自动关闭机构是提供柔性膜片，其可以通过包封在壳体中的移动销(moving pin)而激活。当驱动器线性移动时，其与所述销接触并线性地推动它。所述销的这一运动引起膜片阻塞入口，从而阻止水流进入贮存腔室。在更优选的实施方案中，当将用于自动关闭组件的计量装置提供在水纯化装置中时，膜片可以关闭从过滤介质流出或进入过滤介质的水或者与过滤介质流体连通的贮存腔室的入口。

所述用于自动关闭组件的计量装置优选地连接到提供有过滤器和收集经纯化水的贮存腔室的水纯化器，优选使用上述任何自动关闭机构或其他任何适当设计的机构。优选具有这样的机构，其中驱动器的线性运动被用来关闭进入过滤器的入口或出口的水流。

根据本发明的另一个方面，提供了一种重力给进水纯化装置，其包含：

i.用于接收待纯化的水的顶部腔室和用于收集经纯化的水的底部贮存腔室；

ii.在所述顶部腔室和底部贮存腔室之间流体连通的过滤器；

iii.根据权利要求1所述的用于自动关闭组件的计量装置；和

其中所述用于自动关闭组件的计量装置的浮标被放置于所述底部贮存腔室中。

根据本发明的又一个方面，提供了一种确定如上文限定的水纯化装置的贮存腔室中收集到的水体积的方法，所述方法包括：

i.校准根据权利要求1所述的用于自动关闭组件的计量装置以符合过滤器的寿命；

ii.使得离开所述过滤器的水收集在所述贮存腔室中；

iii.调解所述贮存腔室中所述浮标的运动以引起所述齿条的往复运动；

iv.通过所述小齿轮的转动，实现所述轴的转动；和

v.引起所述驱动器的线性运动以关闭所述过滤器的入口或出口。

优选本发明的用于自动关闭组件计量装置适合用于重力给进水纯化装置中。

优选浮标被放置在底部贮存腔室中并且在计量期间与水接触。优选该浮标尽可能地接近底部贮存腔室的底板并且更优选地与底板接触，使得即便在底部贮存腔室中第一次收集水之后，该底板也优选地与水接触。

该过滤器优选是能够从水中移除微生物杂质的微生物截留单元。这样的微生物截留单元优选是基于分离的过滤器或者基于控制剂量的化学纯化器。

本发明现将通过以下的非限制性附图例示。

附图简要说明

图1：用于自动关闭组件的计量装置的前视图。

图2：用于自动关闭组件的计量装置的另一个实施方式的前视图。

图3：用于自动关闭组件的计量装置的又一个实施方式的前视图。

附图详细说明

图1显示了用于自动关闭组件的计量装置的前视图，该装置可被设计以使校准体积的水通过该装置并且可以与水贮存腔室一起放置，以确定贮存腔室中收集到的水的体积。它还可以确保被分配到贮存腔室的水源的自动关闭。重要的是，浮标总是在计量期间与贮存腔室的水接触。贮存腔室优选地连接到水纯化器，并保持优选地由水纯化器纯化的水。

浮标(1)与齿条(2)的近端连接并且在计量期间与贮存腔室的水接触。小齿轮(3)和棘轮(4)同轴地安装在轴(6)的近端上并且轴(6)的远端连接到螺杆(7)和驱动器(8)，驱动器(8)的内螺纹与螺杆的螺纹匹配。

当水开始填充到贮存腔室中时，水位在腔室中上升，在贮存腔室中与水接触的浮标(1)上升并且使齿条(2)向上移动。齿条(2)的向上移动使小齿轮(3)在任何一个方向上转动。小齿轮(3)的这一转动使得棘爪(5)和棘轮(4)转动，其导致轴(6)的转动。当轴(6)转动时，螺杆(7)也与轴(6)一起转动。当螺杆(7)转动时，驱动器(8)被旋松(unscrew)并线性移动。驱动器的这一线性运动被用来触发自动关闭。

图2显示了用于自动关闭组件的计量装置的另一个实施方式的前视图。

至少一个直齿轮组件连接到如图1所示的用于自动关闭组件的计量装置，这使得能够设计用于更高体积的水的计量装置，但使用该装置的其余部分的相同尺寸。浮标(1)连接到齿条(2)的近端并与贮存腔室中的水接触。小齿轮(3)和棘轮(4)同轴地安装在轴(6)的近端上。提供直齿轮组件(9)，第一直齿轮(9a)固定在第一轴(6)的近端上，所述第一直齿轮(9a)与第二直齿轮(9b)啮合，所述第二直齿轮(9b)被固定在与第一轴(6)平行的第二轴(10)上。轴(10)的另一端连接到螺杆(7)和驱动器(8)。

当水开始填充到贮存腔室中时，水位在腔室中上升，在贮存腔室中与水接触的浮标(1)上升并且使齿条(2)向上移动。齿条(2)的向上移动使小齿轮(3)在任何一个方向上转动。小齿轮(3)的这一转动使得棘爪(5)和棘轮(4)转动，其导致轴(6)的转动。轴(6)的转动导致直齿轮组件(9)的直齿轮(9a)和(9b)转动。直齿轮(9b)的转动使得轴(10)与螺杆(7)一起转动。当螺杆(7)转动时，驱动器(8)被旋松并线性移动。驱动器的这一线性运动被用来触发自动关闭。

图3显示了用于自动关闭组件的计量装置的又一个实施方式的前视图。

至少一个锥形齿轮组件(11)连接到如图1所示的用于自动关闭组件的计量装置，这使得驱动器(8)能够在垂直方向上移动，但使用该装置的其余部分的相同尺寸。浮标(1)连接到齿条(2)的近端并与贮存腔室中的水接触。小齿轮(3)和棘轮(4)同轴地安装在轴(6)的近端上。第一锥形齿轮(11a)被固定在第一轴(6)的近端上。锥形齿轮(11a)与另外的锥形齿轮(11b)以这样的方式啮合，使得其转动轴彼此成90度。锥形齿轮(11b)的另一端连接到螺杆(7)和驱动器(8)。

当水开始填充到贮存腔室中时，水位在腔室中上升，在贮存腔室中与水接触的浮标(1)上升并且使齿条(2)向上移动。齿条(2)的向上移动使小齿轮(3)转动。小齿轮(3)的这一转动使得棘爪(5)和棘轮(4)与轴(6)一起转动。当轴(6)转动时，锥形齿轮(11a)与(11b)转动。锥形齿轮(11b)的这一转动使得螺杆(7)转动，因此驱动器(8)被旋松并线性移动。驱动器的这一线性运动被用来触发自动关闭。

实施例

如图3所示的计量装置连接到重力给进水纯化器，所述水纯化器包含用于接收待纯化的非纯水的顶部腔室和用于接收经纯化的水的底部贮存腔室，并且在所述顶部和底部贮存腔室之间放置了包含化学纯化剂的滤筒。该滤筒包含能够关闭滤筒出口的臂，所述出口通向底部贮存腔室的入口。放置计量装置以确保计量装置的浮标在水纯化器的底部贮存腔室中。对计量装置进行校准，以在1000升的水通过水纯化器之后触发自动关闭。当水流动通过水纯化器的滤筒时，所述轴旋松所述螺杆并造成驱动器向前运动。驱动器的这一向前运动推动滤筒的臂，以关闭贮存腔室的入口并防止任何进一步的水流进入贮存腔室。

表1

表1中提供的数据显示，由于系统最初校准1000升的水，在通过约1000升的水之后，自动关闭机构被启动。