专利名称：用量变化的流量自动调节装置的制作方法
有关申请本发明是1996年2月20日提出的美国专利申请系列No.08/603 078的部分继续。
背景本发明涉及水的流量调节装置，具体涉及用水量变化的流量自动调节装置；该装置具有活动活塞阀，该阀根据用水量调节和控制水流量。
很多商品住宅建筑物例如出租的公寓建筑物和设施共管的的单元住宅其租房人必须按月交纳水费，作为其租金的一部分，或作为每月的共管费的一部分。在典型的公寓建筑中，对于整个公寓建筑物，仅在主水管上有一个水表，然后将水输送到公寓建筑的各个公寓单元。租房人通常很少或完全不控制自家单元的水流量，租房人将根据整个公寓建筑总的用水量交纳摊派的水费，该总用水量由主水管上的唯一水表确定。
以下是水流量如何根据用水量而改变的一个例子。如果例如在上午时间用水量大时，则使用人在上午的用水高峰期间为作某件事所用的总水量将比在用水低峰期间做同一件事所用的总水量低很多。换言之，在用水高峰期间，水流量小，因此在一定时间内从出口流出的水的总量较少。另一方面，在用水低峰期间，在相同时间内从同一出口流出的水的总量则较大。
所有租房人将承担用水低峰期间用水量较大的费用，因为公寓建筑通常没有装根据用水量自动调节水流量的流量调节器。而且租房人通常不会关心水资源的保护，因为它们的水费包含在他们的租金中或共管维修费用中。例如，与房主相比，公寓建筑的租房人几乎不可能在他的住房中安装限制水流量的节水装置，而且在公寓单元中装上(通常由公寓的房主安装)这种设备时，公寓的租房人还常常会拆除这种装置。结果，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费用。当然，自来水公司不会特别关心由公寓租房人所造成的超额消费，因为增加用水量会使自来水公司的效益更好。
因此需要一种用水量变化的流量自动调节装置，以克服上述问题。
发明目的和概要本发明的目的是提供一种装置，该装置利用活塞阀自动调节流过供水管的水流量。
本发明的另一目的是提供一种根据用水量自动调节和控制水流量的装置。
本发明的再一目的是提供一种流量自动调节装置。该装置调节建筑物主供水管上水表和建筑物各用水户之间的水流量。
按本发明的实施例，可以采用一种机械装置来自动调节和限制水的消费，该机械装置采用具有滑动活塞的活塞阀来调节水流量。该活塞阀可以改变水要流到下游用水出口所必须穿过的通水面积，通水面积按用水量的改变而改变。活塞中活塞的位置由装置供水侧的水压和装置用水侧的水压控制。当压力达到平衡时活塞处于稳定位置，并且装置中水压处于平衡状态。
为达到最大效率，该装置包括压缩弹簧，该弹簧反抗将活塞推到下游用水侧从而达到最大打开位置的流水自然作用力，对着上游供水方向向活塞施加压力，上述最大打开位置对应于最大水流量的位置。当活塞阀位于关闭位置时，在活塞两侧的水压相等，因而活塞处于静止状态，通过装置的水流量最小。此时所能达到的流量仅是通过活塞中小导管的流量和/或流过活塞外周面的流量。在最小流量位置活塞保持不动，直到装置下游侧的用水量增加。当装置下游侧或出口侧用水增加和流过装置的水流量不能在活塞的两侧提供相同的水压时，活塞将响应这种压力的不衡而向下游方向移动，移向装置的出口侧，以露出可以流水的额外的通水面积，由此将更多的水输送到装置的出口侧。同时，当活塞向下游方向移动时，装置的压缩弹簧被压缩。活塞的位置受到调节，直到活塞的供水和用水侧的压力达到平衡。因此活塞阀可以提供响应用水量而改变的水流量。
该装置包括放水阀，该阀可以通过控制活塞的运动调节该装置的水流量特性。为使该装置达到最大的流量降低，该放水阀具有压缩特性，该压缩特性被设计成允许沿整个装置存在压差而不损害或改变建筑物内的用水。
该装置包括中央进水管，其上游端是密封的，下游端是开放的，并在其上配置许多进水孔，当水流向下游时便穿过这些孔。在操作时水流入进水孔，流进进水管的中心导管。然后流到下游流出进水管的开放端部。进水孔的表面积对应于上述的流通面积，通过控制流水进水孔的总流通面积或总表面积便可以调节流量。进水孔配置成使装置在用水量和水流条件变化时具有最大灵活性。应当逐个审查要安装这种装置的各个系统或建筑物，以便确定要求的水流量特性、合乎要求的压缩弹簧和对放水阀的要求。
按照本发明的另一实施例，该装置包括装在中间入口室和出口室之间的放水阀或差压阀。差压阀检测下游压力的变化，并且在检查到较低的下游压力时，立即就将水从中间入口室排到或放到出口室。当中间入口室中的水被放到出口室中时，活塞阀的活塞将向下游方向移动，移向中间入口室，由此在装置的进水管上露出更多的进水孔，从而让水向下游流入出口室，流到公寓中的用水处。当用水停止时，出口室中的水压又升高，直到与中间入口室中的水压达到平衡。此时，差压阀关闭，而活塞阀的活塞则受到压缩弹簧的偏压作用而向上游方向移动，直到达平衡和装置中的水压处于平衡状态。
本发明的装置连续地调节水流量并能够自动调节用水量变化的水流量。
附图简述
图1是本发明实施例的用水量变化的流量调节装置的平面图；图2是图1所示用水量变化的流量调节装置的切开图；图3A是图2所示用水量变化的流量调节装置沿箭头B看到的入口板的前视图；图3B是图2所示用水量变化的流量调节装置其入口板的侧视图；图4A是图2所示用水量变化的流量调节装置其活塞阀的侧视图；图4B是图2所示活塞阀沿箭头B看到的前视图5是图2所示用水量变化的流量调节装置其进水管的侧视图；图6是图2所示用水量变化的流量调节装置其外壳的侧视图；图7是与图2所示用水量变化的流量调节装置联用的放水阀的切开图；图8A是图2所示用水量变化的流量调节装置其出口板沿箭头B看到的前视图；图8B是图2所示用水量变化的流量调节装置其出口板的侧视图；图9A是与图2所示用水量变化的流量调节装置联用的放水阀的平面图；图9B是图9所示放水阀的切开图；图10示出进水孔图案，并列出了图2所示优选实施例的用水量变化的流量调节装置其活塞在不同位置时露出的进水孔的数目和露出的进水孔的累积表面积。
优选实施例说明以下参考附图介绍本发明的优选实施例，附图中相同的编号代表同一或类似部件。
图1是用水量变化的流量调节装置10的平面图，该装置装在水管3上，位于主供水管2和连接于建筑物14的建筑物水管12之间。建筑物14可以是公寓住宅建筑、设施共管住宅、办公楼等。主供水管2中的水沿箭头A的方向流入水管3。唯一的水表5度量输送到建筑14的用水量。在优选实施例中，用量变化的流量调节器10装在水表5和建筑物水管12之间。用量变化的流量调节器10可与旁通阀4、6和旁通管8结合使用，这些旁通部件可使水从旁边通过用量变化的流量调节装置10，因而不必中断向建筑物14供水便可维修流量变化的流量调节装置10。
图2示出图1的用量变化的流量调节装置10的局部图。用水量变化的流量调节装置10包括入口板100(还示于图3A和3B)、带有沿箭头C的方向前后滑动的活塞201的活塞阀200(还示于图4A和4B)和穿过活塞阀200的进水管300(还示于图5)。活塞201具有下游端部204，该端部压靠压缩弹簧390的上游端部392。压缩弹簧390的下游端部394压靠在出口板600(还示于图8A和8B)的上游侧。可调节的出水阀500(还示于图7、9A和9B)便于操作者控制用水量变化的流量调节装置10，使得操作者可以通过控制活塞201的运动调节活塞阀200，达到要求的流量特性。用水量变化的流量调节阀10包括入口连接件22、26，该连接件与连接管24螺纹啮合。入口连接件26使连接管24与空心入口法兰30的上游端连接，该法兰的下游端又螺纹啮合用水量变化的流量调节装置外壳400(还示于图6)的上游端。空心的出口法兰40的上游端部拧在外壳400的下游端上。出口法兰40的下游端由连接器56连接于连接管54的上游端。连接管54的下游端由连接器52连接于建筑物水管12(示于图1)。
图3A是图2用水量变化的流量调节装置10其入口板100沿箭头B看到的前视图，图3B是图2的用水量变化的流量调节装置其入口板100的侧视图。入口板100为环形，具有中心开口102和入口流水孔110。轴向孔102装在进水管300的螺纹上游端302上，如图5所示，靠着螺母312。如图2和图3B所示，水流入空心入口法兰30，流过入口板100的流水孔110，如箭头F所示。
图4A是图2的用水量变化的流量调节装置10其活塞阀200的侧视图，图4B是该活塞阀200沿图中箭头B看到的前视图。活塞阀200包括活塞201，该活塞又包括从上游端202延伸到下游端204的小纵向管212、214。按照优选实施例，活塞201不包括管212、214，而是将活塞201的尺寸作成可使水流过其外周面。中心轴向孔210的尺寸被定为进水管300可在其中滑动，操作时，水流入入口法兰30，流过入口板100的流水孔110，通过管212、214和/或流过活塞201的外周面，流入用水量变化的流量调节装置10的中间入口室15(示于图2)。另外，水流过入口板100的流水孔110时将压力作用于活塞201的上游端202，从而推动活塞201向下游运动并使活塞201的下游端部204压靠压缩弹簧390的上游端392。
图5示于图2的用水量变化的流量调节装置10其进水管300的侧视图。进水管300具有可以流过水的进水孔320。进水孔320特别配置成如图10所示的可促使产生所要流量特性的图案。
参考图2和5，进水管300穿过活塞201的中心轴向孔210。端盖60使进水管300的上游端302与流水隔开，迫使水流过活塞201的外周面(和/或流过活塞201中的管212、214)并通过露出的进水孔320。当活塞201向下游方向移动时，在进水管300上的一些或所有进水孔320将暴露于水，因此水可以流过露出的进水孔320，流入进水管300的中心管330，如图5的箭头G所示。因此，在主供水管2中的上游供水压力越大，活塞20便越向下游方向移动，结果是，沿进水管300的露出的进水孔320的数目便越多。可选择地使用锁定螺母314将进水管300的下游端部304固定在出口板600的中心孔620中，如图2和8A所示。
参考图1、2和5，活塞201按照主供水管2中水压的变化和压缩弹簧390的压缩力调节其位置，该弹簧因建筑物14中用水量的改变而受到作用。具体是，当建筑物14中的用水量增加时，活塞201下游侧204的水压便减小，因而使得活塞201进一步向下游方向移动，从而使压缩弹簧390进一步压缩。
按照优选实施例，进水孔320如此配置，使得在活塞201向下游方向运动时由活塞201露出的进水孔的数目以非线性方式增加。换言之，当活塞201向下游方向移动时，露出进水孔320的累积表面积以递增量方式增加。图10示出优化实施例的用水量变化的流量调节器10的进水管300的进水孔320的配置图案。并且在图10中还列出沿用水量变化的流量调节器10的进水管300的活塞201不同位置露出的进水孔320的数目和露出进水孔320的累积面积。
进水管300可以用例如PVC(聚氯乙烯)、丙烯酸树脂和金属材料制作。
图6是图2的用水量变化的流量调节装置10其外壳400的侧视图。外壳400具有分别与入口法兰30和出口法兰40啮合的402、404，如图2所示。外壳端部402、404和入口、出口法兰30、40可以包括将这些构件啮合在一起的螺纹部分。外壳400可选择地包括例如刻出或印出的标尺410，该标尺用英寸、厘米等单位表示活塞201的位置。外壳400可以用透明材料例如丙烯酸树脂及PVC制作。
图7示出可调放水阀500的切开图，该放水阀通过改变活塞201的运动而控制用水量变化的流量控制装置10的流量特性。图8A是图2的用量变化的流量调节装置10其出口板600沿箭头B看到的前视图，图8B是图2的用水量变化的流量调节装置10其出口板600的侧视图。放水阀500包括装在出口板600的孔610中的上游端部502。放水阀500用螺母503固定于出口板600，由此使放水阀500固定就位。放水阀500包括具有外部放水孔510的外壳505，该孔使沿箭头H进入放水阀500的水流出来，流到出口法兰40中。弹簧530配置在间隔件550和活塞520之间。间隔件550通过转动端盖506而可被调节，使其沿箭头R的方向移动。在放水阀500的外壳505上的额外的孔540使更多的水流入出口法兰40。当活塞520上存在高水压使活塞520反抗弹簧530的作用力向下游方向移动时或当适当转动端盖506而向下游方向退回间隔件550时，额外孔540便露出。
图9A是优选实施例放水阀700的侧视图，而图9B是其切开图。放水阀700包括装在出口板600的孔610中的上游端部702。放水阀700用螺母703固定在出口板600上而固定就位。放水阀700包括具有外部放水孔710的外壳705，进入放水阀700的水通过该放水孔流入出口法兰40。在压缩弹簧730装在下游侧的间隔件750和上游侧的活塞720之间。活塞720具有倾斜的上游端725，该上游端可以堵塞放水阀700上的管孔727，从而关闭放水阀700，切断水流。转动螺栓707的头部708可拧入或退出连接于间隔件750的螺栓707，这样便可调节间隔件750，使其沿轴向方向移动。在放水阀700的外壳705上的额外孔740、745可使更多的水流入出口法兰40。当活塞720上的高水压反抗压缩弹簧730的作用力推动活塞720向下游方向移动时或当转动螺杆707的头708缩回螺杆707而使间隔件750向下游方向退回时，便露出额外的孔740、745。根据螺杆707的位置和推压活塞720的上游水压，通过额外孔740和745的位置可以在放水阀700上设定各种放水量。
放水孔710不一定按图9A所示配置，而可以采用能达到上述目的的其它配置方法。
或者，可以在用水量变化的流量调节装置10中采用多于一个的放水阀500或700。当用多于一个的放水阀500或700时，按上述方法连接各个放水阀500或700。
可以应用旁通管8和旁通阀4、6向放水阀500或700供水，从而使水流改道，不流经用水量变化的流量调节装置。如图1所示。
上述实施例是本发明的示范性例子，不应当解释为本发明局限于这些特定实施例。技术人员可以进行各种改变和变型而不违背由所附权利要求书确定的本发明的精神或范围。例如，虽然本发明的用水量变化的流量调节装置是针对例如公寓建筑物的水流量调节进行说明的，但本发明也用于其它类型建筑物例如集体宿舍、单户住宅等的水流量调节。
权利要求
1.一种用于调节建筑物中供水系统水流量的用量变化的流量调节系统，该系统包括水源；调节装置，其入口连接于水源，而其出口连接于建筑物内的供水系统，该调节装置包括用于建立所需水流量特征的放水阀；其特征在于，调节装置自动响应用水量的变化，当用水量增加时便增加流到建筑物的水流量，当用水量减少时便减少流到建筑物的水流量。
2.一种根据流体源可变压力和流体用量的可变压力调节流体流量的用量变化的流体调节装置，该装置包括具有入口和出口的空心外壳；配置在外壳中的空心纵向阀部件，该阀部件具有封闭的入口端、开放的出口端和围绕空心内部的壁，该壁上有许多通孔；配置在外壳中并包围阀部件的活塞，该活塞可沿阀部件的壁纵向滑动，从基本上复盖壁上许多孔的第一位置滑到至少露出壁上许多孔中一个孔的第二位置；放水阀，连接于外壳，该放水阀通过控制活塞的移动可以控制流体流量特性；其特征在于，在外壳的入口和出口之间的流体压力的不平衡造成活塞响应这种不平衡而沿阀部件的壁滑动，所以当外壳入口的流体压力大于外壳出口的流体压力时，流体进入外壳的入口，并使活塞沿阀部件的壁向外壳的出口滑动，因而至少露出壁上许多孔中的一个孔，并且流体流过露出的孔，进入阀部件的空心内部，然后流过阀部件的开放出口；在外壳入口和出口之间的压力平衡造成活塞停在阀部件壁上的一个平衡位置；放水阀通过对外壳入口和出口之间的平衡起作用而控制活塞的运动。
3.如权利要求2所述的用量变化的流量调节装置，还包括配置在外壳内用于向活塞施加偏压的加压装置，该偏压指向外壳的入口，其特征在于，当外壳入口的流体压力超过外壳出口的液体压力和加压装置的偏压力两者时该加压装置由活塞压缩。
4.如权利要求2所述的用量变化的流量调节装置，其特征在于，在阀部件壁上的许多孔被配置成一种图案，使得许多孔的累积表面积从阀部件入口端到阀部件出口端以递增量方式增加。
5.一种用量变化的流量调节装置，包括具有入口和出口的空心外壳；进水管，配置在外壳内，具有封闭的入口端、开放的出口端和许多穿过其壁的进水孔，进水管出口端与外壳的出口端流体相通；活塞，包围进水管的一部分，配置成可在外壳内沿进水管滑动，该活塞可在进水管上的许多进水孔被复盖的位置和许多进水孔中至少一个孔被露出的位置之间滑动；加压装置，配置在外壳内，用于向活塞施加方向朝外壳入口的偏压力；连接于外壳的放水阀，该放水阀通过控制活塞的运动而可调节地控制通过外壳的流量特性；其特征在于，进入外壳入口的流体在对着外壳出口的方向对活塞施力，因而当流体的作用力超过该偏压力时，活塞向外壳出口的方向移动，移到露出许多进水孔中至少一个孔露出的位置，由此可使流体流过该至少一个露出的孔，进入进水管的内部，然后流向进水管的出口端，并经外壳出口端流出；放水阀通过对外壳入口和出口之间流体压力的平衡起作用而控制活塞的运动。
6.如权利要求5所述的用量变化的流量调节装置，其特征在于，进水孔配置成一种图案，使得进水孔的累积表面积从进水管的入口端向进水管的出口端以递增量的方式增加。
7.如权利要求5所述的用量变化的流量调节装置，其特征在于，活塞具有小管，该小管穿过活塞而从外壳的入口端伸到外壳的中间室。
8.如权利要求7所述的用量变化的流量调节装置，其特征在于，放水阀连接在外壳的中间室和出口端之间，该放水阀包括空心壳，具有与中间室流体相通的入口端、封闭的出口端和其壁上的开孔，该孔使流体从空心壳的入口端流到外壳的出口端；活塞，可滑动地配置在空心壳中，可在复盖空心壳上开孔的位置和至少露出一个开孔的位置之间滑动；加压装置，配置在空心壳内，用于向活塞施加方向朝空心壳入口端的偏压；可调定位置，用于调节定位空心壳中的加压装置；其特征在于，从外壳中间室进入空心壳入口端的流体对活塞施加压力，使其向空心壳的封闭端部滑动，由此至少露出空心壳上的一个开孔，通过放水阀空心壳上的露出的开孔使流体在外壳的中间室和出口端之间流动。
9.如权利要求8所述的用量变化的流量调节装置，其特征在于，放水阀上的开孔配置成可供各种放水量用的排列，活塞用可调定位装置和使该排列的不同部分露出的加压装置定位，由此可提供由调节装置使用者选择的各种放水量。
10.如权利要求8所述的用量变化的流量调节装置，其特征在于，放水阀的活塞具有倾斜的入口端，该入口端可用来基本上关断流体，使其不能从中间室经放水阀流到外壳的出口端。
全文摘要
用量变化的流量调节装置(10)根据供水的可变压力和可变的用水压力调节进入建筑物内的水流量。当在流量调节器下游用水量增加时,在活塞阀(200)的活塞下游侧的水压降低,因而活塞阀(200)的活塞(201)向下游方向移动。这导致暴露于水流的进水孔(320)的数目增加,因而在用水量增加时产生大的水流量。可调放水阀(500)通过改变活塞(201)的运动控制调节装置(10)的流量特性。
文档编号G05D7/00GK1180424SQ97190095
公开日1998年4月29日 申请日期1997年2月19日 优先权日1997年2月19日
发明者埃里克·利昂, 斯蒂芬·利昂 申请人:埃里克·利昂, 斯蒂芬·利昂