專利名稱：膨脹吸收材料及凍裂防止裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膨脹吸收材料及采用此膨脹吸收材料的凍裂防止裝置及凍裂防止方法，該膨脹吸收材料通過壓縮變形吸收隨著水通道內(nèi)的水的凍結(jié)而產(chǎn)生的膨脹體積。
但是，這樣構(gòu)成的海綿92，通過水的反復(fù)凍結(jié)，在反復(fù)壓縮與復(fù)原中，彈性降低，吸收膨脹體積的性能(下面也稱為膨脹體積吸收性能)容量降低。也就是說，抗反復(fù)變形的耐久性降低。作為通過海綿92的反復(fù)變形而使膨脹體積吸收性能降低的主要原因，列舉有，隔開獨(dú)立氣泡94的硬化樹脂96產(chǎn)生疲勞，此硬化樹脂破裂，獨(dú)立氣泡94彼此連通，或由于這種硬化樹脂96的破裂，獨(dú)立氣泡94與海綿92的外部連通，使氣泡的獨(dú)立性損傷。
還有，如果為了提高耐久性而減少包含在海綿92中的氣泡的比例(氣泡率)，則此海綿92的每單位體積的膨脹體積吸收性能降低。為此，為了使吸收由于一定量的水的凍結(jié)而產(chǎn)生的膨脹體積所必須配置的膨脹吸收材料的體積(即膨脹吸收材料/水的體積之比)變大，就有所謂的阻礙具有水通路的器具小型化的不良情況。
本發(fā)明的目的為，提供一種膨脹吸收材料，它的抗反復(fù)變形的耐抗性高，而且單位體積的膨脹體積吸收性能(體積收縮率)優(yōu)越。再有，提供采用此膨脹吸收材料的凍裂防止裝置和凍裂防止方法。
按照本發(fā)明提供的膨脹吸收材料是一種配置在水通路中，并通過壓縮變形吸收隨著此水通路內(nèi)的水的凍結(jié)而產(chǎn)生的膨脹體積的膨脹吸收材料，其容積能可逆地變化的中空粒子分散在彈性母材中，此膨脹吸收材料的比重在0.5～0.8的范圍內(nèi)。此處，所謂的“水通路”為使水流通或滯留的部位，即其水有凍結(jié)的可能性的部位。
還有，此膨脹吸收材料的比重可例如以23℃的水(煮開后的冷卻的蒸餾水等)為基準(zhǔn)以常規(guī)方法測定。
在本發(fā)明的膨脹吸收材料中，例如如

圖1所示的模式那樣，分散在彈性母材(52)中的各中空粒子所備有的中空部分(氣泡)54a之間，用彈性母材52和此中空粒子54的外皮54b隔開。由此，與獨(dú)立氣泡94之間只用母材96隔開而構(gòu)成的海綿92(參看圖10)相比，本發(fā)明的膨脹吸收材料50可得到優(yōu)良的抗反復(fù)變形的耐久性。
在其它條件(彈性母材與中空粒子的種類等)相同時(shí)，此膨脹吸收材料的比重隨著每單位體積的膨脹吸收材料中所含的中空部分(氣泡)的容積的增加而減少。因此，隨著膨脹吸收材料的比重變小，有著其每單位體積的膨脹體積吸收性能(體積收縮率)提高的傾向。另一方面，如果膨脹吸收材料的比重過小，則此膨脹吸收材料中的彈性母材的含有比例過少，則此膨脹吸收材料的強(qiáng)度降低，存在其表面有裂紋之類的場合。如果膨脹吸收材料的比重為0.5～0.8(最好為0.5～0.6)的范圍，而在實(shí)用上有充分的強(qiáng)度，同時(shí)能兼有高水平的體積收縮率和耐久性。
再有，前述的所謂“體積收縮率”為在膨脹吸收材料上施加給定的壓縮應(yīng)力(例如3.9～7.8Mpa(50～80kgf/cm2))時(shí)的體積變化率，它表示每單位體積的膨脹體積吸收性能。在本發(fā)明的膨脹收縮典型結(jié)構(gòu)中，此體積收縮率與比重之間有下面式(1)所示的關(guān)系。此式(1)中的K(常數(shù))認(rèn)為主要與封入中空粒子中的氣體的變化率有關(guān)。壓縮應(yīng)力為3.9Mpa時(shí)的K值例如為0.95左右。
體積收縮率＝K(1-比重)×100(％)......(1)本發(fā)明的膨脹吸收材料中的理想的為，其硬度在45°～65°的范圍內(nèi)。這樣的膨脹吸收材料在適用范圍的廣度(例如適用于高水壓這樣的水通路)和耐久性的平衡方面是優(yōu)越的。
此膨脹吸收材料的硬度例如可用A型硬度計(jì)測定。
作為在本發(fā)明的膨脹吸收材料中所含的中空粒子，與玻璃氣球等相比，由于柔軟性良好，故最好為樹脂氣球(用有機(jī)高分子作外皮的中空粒子)。此時(shí)，作為彈性母材，最好為乙烯-丙烯-二烯的共聚合物(EPDM)。由于EPDM的氯透過性低，故在充滿含氯的水(典型的為自來水)的水通路中使用此膨脹吸收材料的場合，氯難于到達(dá)分散在此EPDM中的樹脂氣球中。由此，例如作為彈性母材，與采用硅橡膠的場合相比，它能抑制由于氯而引起的樹脂氣球的劣化，使膨脹吸收材料的耐久性良好。
本發(fā)明的凍裂防止方法為，將本發(fā)明的任一種膨脹吸收材料配置在水通路中，并通過其膨脹吸收材料的壓縮變形吸收水通路內(nèi)的隨著水的凍結(jié)而產(chǎn)生的膨脹體積而防止水通路形成構(gòu)件的破裂。
本發(fā)明的凍裂防止裝置為將這樣的凍裂防止方法具體化的裝置。此凍裂防止裝置具有備有本發(fā)明的任何一種膨脹吸收材料并將此膨脹吸收材料配置在水通路中的構(gòu)造。由于本發(fā)明的膨脹吸收材料具有優(yōu)良的體積收縮率，故用于吸收由于一定體積的水的凍結(jié)而產(chǎn)生的膨脹體積所需的膨脹材料的體積少。因此，本發(fā)明的凍裂防止裝置可以做成外形尺寸(設(shè)置空間)比較小的。由此，不會(huì)將具有水通路的器具顯著地做成大型化，而是可將此凍裂防止裝置設(shè)置在器具中。還有，由于此膨脹吸收材料具有優(yōu)良的耐久性，故按照本發(fā)明的凍裂防止裝置，可長期而且穩(wěn)定地防止或抑制具有水通路的器具的破裂。
圖2為示出本發(fā)明的膨脹吸收材料的有代表性的制造方法的一個(gè)例子(前發(fā)泡法)的模式的說明圖。
圖3為示出本發(fā)明的膨脹吸收材料的有代表性的制造方法的一個(gè)例子(后發(fā)泡法)的模式的說明圖。
圖4為煤氣熱水器的概略結(jié)構(gòu)圖，它包含配置本發(fā)明的膨脹吸收材料的水壓響應(yīng)裝置(未凍結(jié)時(shí))的主要部分的剖面圖。
圖5為配置本發(fā)明的膨脹吸收材料的水壓響應(yīng)裝置(凍結(jié)時(shí))的主要部分的剖面圖。
圖6為配置本發(fā)明的膨脹吸收材料的其它水壓響應(yīng)裝置(未凍結(jié)時(shí))的主要部分的剖面圖。
圖7為配置本發(fā)明的膨脹吸收材料的水電磁閥(未凍結(jié)時(shí))的主要部分的剖面圖。
圖8為特性圖，它示出膨脹吸收材料的比重與為了通過此膨脹吸收材料得到給定的膨脹體積吸收率所需的膨脹吸收材料/水的體積比的關(guān)系。
圖9為特性圖，它示出膨脹吸收材料的硬度與備有此膨脹吸收材料的凍裂防止裝置的耐久性的關(guān)系。
圖10為示出過去的膨脹吸收材料的一種構(gòu)造的例子的模式的剖面圖。
在樹脂氣球中，更好是用符合食品衛(wèi)生法的樹脂作外皮的氣球。作為這樣的樹脂氣球的具體例子舉出的有丙烯腈-甲基丙烯腈共聚物樹脂氣球等。
雖然不特別限定中空粒子的外部形狀，但是從制造容易性、相對(duì)于彈性母材的分散性、相對(duì)于容積變化的耐久性等各點(diǎn)，實(shí)際上最好為球形的中空粒子。還有，作為各中空粒子的構(gòu)造，如圖1所示，雖然為各中空粒子54具有一個(gè)中空部分54a(例如在各中空粒子54的粒子的大致中間)的典型的構(gòu)造，但是每一個(gè)粒子有兩個(gè)以上的中空部分的構(gòu)造也是可以的。
作為此中空粒子，最好采用平均粒徑范圍為10～300μm(更好為20～100μm，典型的為50μm左右)的粒子。這樣，由于含有平均粒徑比較小的中空粒子，故可以做到膨脹吸收材料的小型化，而且提高了其形狀的設(shè)計(jì)自由度。由此，還可以將這樣的膨脹吸收材料配置在狹的水通路(例如水電磁閥的制動(dòng)器接納容器等)中，能用在廣范圍的用途中。另一方面，如果將中空粒子的平均粒徑做得過小，小于10μm，則由于中空部分的容積小，就會(huì)存在為了給予膨脹吸收材料以充分的體積收縮率而必須過分提高中空粒子的包含比例的情況。
作為構(gòu)成本發(fā)明的膨脹吸收材料的“彈性母材”，可采用乙烯-丙烯共聚合物(EPM)，乙烯-丙烯-二烯的共聚合物(EPDM)、丙烯腈-丁二烯共聚橡膠(NRR)，氟橡膠、硅橡膠、丁基橡膠(IIR)等。其中，由于氯透過性低和耐氯性高，故最好采用EPDM、NBR或氟橡膠(典型的為EPDM)。
但是，與玻璃氣球等相比，樹脂氣球容易由于氯(特別是次氯酸離子)而劣化。如果由于這種劣化而使樹脂氣球的柔軟性受損傷，則在由于膨脹吸收材料的壓縮變形而使樹脂氣球容積變化(變形)之際，該樹脂氣球容易破裂。其結(jié)果為，出現(xiàn)膨脹吸收材料的耐久性降低的場合。由于這一情況，在將本發(fā)明的膨脹吸收材料配置在充滿含氯的水(典型的為自來水)的水通路中的場合，在采用作為中空粒子的樹脂氣球(典型的為丙烯腈-甲基丙烯腈共聚合物樹脂氣球)的情況下，作為彈性母材，特別優(yōu)先選擇上述氯透過性低的材料。
本發(fā)明的膨脹吸收材料的比重(體積收縮率)能容易地通過所含中空粒子的物性(比重)及其含有比例等進(jìn)行調(diào)整。如以此膨脹吸收材料的整體作為100vol％，則中空粒子的含有比例可在例如20～60vol％的范圍內(nèi)，最佳的含有比例為30～50vol％的范圍內(nèi)。如果中空粒子的含有比例過高，則由于彈性母材的含有比例相對(duì)地減少，膨脹吸收材料的強(qiáng)度、耐久性、成形性等都容易降低。
膨脹吸收材料的最佳體積收縮率，相對(duì)于3.9Mpa的壓縮應(yīng)力時(shí)為18％以上(典型的為18～50％)，更好一些為25％以上(典型的為25～50％。所謂體積收縮率18％，籠統(tǒng)地說為，相當(dāng)于通過0.5個(gè)體積的膨脹吸收材料(膨脹吸收材料/水的體積比＝0.5)吸收1個(gè)體積的水凍結(jié)時(shí)的膨脹體積(9.2％)所得到的性能。還有，根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施形式的膨脹吸收材料，在中空粒子的含有比例為40vol％時(shí)，可相對(duì)于3.9Mpa的壓縮應(yīng)力得到25％的體積收縮率。
本發(fā)明的膨脹吸收材料的硬度最好在45°～60°的范圍內(nèi)，較好一些為45°～55°。此硬度容易通過所用的彈性母材的物性(硬度)進(jìn)行調(diào)整。如同后面所述的實(shí)驗(yàn)例中所示，如果使膨脹吸收材料的硬度(彈性系數(shù))變低，則存在抗反復(fù)變形的耐久性提高的傾向。另一方面，如果使膨脹吸收材料的硬度變低，則此膨脹吸收材料也由于比較低的應(yīng)力而容易壓縮變形(耐壓強(qiáng)度降低)。例如，在直接供給自來水的水通路(也就是通過調(diào)節(jié)器等減壓之前的水通路)中，施加高的水壓(例如最大為1.7Mpa(17.5kgf/cm2)左右的水壓)。在這樣高的水壓領(lǐng)域的水通路內(nèi)配置的膨脹吸收材料，最好具有即使在這樣高的水壓下也難于變形的硬度(耐壓強(qiáng)度)。如果膨脹吸收材料的耐壓強(qiáng)度低，則即使在通常使用時(shí)(即水不凍結(jié)時(shí))，這種膨脹吸收材料也由于水壓而被壓縮。也就是說，從使膨脹吸收材料適用于廣范圍的用途(受到高水壓的水通路等)的觀點(diǎn)，此膨脹吸收材料的硬度不過低是好的。硬度處于上述最佳范圍的膨脹吸收材料的適用范圍的廣度與耐久性有良好的平衡。還有，具有這樣的硬度的膨脹吸收材料，即使在通水壓力產(chǎn)生急劇變動(dòng)(例如產(chǎn)生水錘聲那樣的壓力變動(dòng))的條件下，由于難于發(fā)生因?yàn)橹锌樟Ｗ拥钠屏押蛷椥阅覆牡钠屏讯a(chǎn)生的中空粒子流失，因此是最佳的。
在本發(fā)明的膨脹吸收材料中，與通過彈性母材自身的發(fā)泡形成氣泡(中空部分)的原有的海綿(參看圖10)不同，通過分散在母材中的中空粒子形成氣泡(參看圖1)。由此，在選擇彈性母材時(shí)，由于不必考慮其發(fā)泡性等，故彈性母材的選擇自由度大。還有，可以分別獨(dú)立選擇彈性母材與中空粒子，而且也容易調(diào)整其含有比例。因此，通過這些材料的組合與含有比例等，膨脹吸收材料的特性(比重、體積收縮率、硬度、耐久性等)可以容易而且廣范圍地調(diào)整。因此，本發(fā)明的膨脹吸收材料的可能用途范圍廣闊。
本發(fā)明的膨脹吸收材料中的最佳的為，在0℃以下，在用3.9Mpa的壓縮應(yīng)力進(jìn)行100循環(huán)的壓縮-復(fù)原試驗(yàn)的場合，具備試驗(yàn)前后的體積收縮率的變化為5％以下的耐久性。此處，所謂的“100循環(huán)的壓縮-復(fù)原”為，相當(dāng)于約三個(gè)月(大致一個(gè)冬天)的期間一天反復(fù)一次的壓縮-復(fù)原的次數(shù)。
作為本發(fā)明的膨脹吸收材料的代表的制造方法，列舉下面兩個(gè)。
(1)如圖2所示，將預(yù)先成形的中空粒子54混入彈性母材52中的方法(下面也稱為“前發(fā)泡法”)。典型的為，在彈性母材52中投入中空粒子54并混合分散以后(或與此混合分散的同時(shí))，使彈性母材52硬化(加硫、橋接等)，使彈性母材52與中空粒子54一體地成形，得到給定形狀的膨脹吸收材料50。
(2)如圖3所示，將未發(fā)泡的(未成形的)中空粒子53(下面也稱為“未發(fā)泡粒子”)混入彈性母材52中，通過同時(shí)加熱彈性母材52與未發(fā)泡粒子53，使彈性母材52中的未發(fā)泡粒子53發(fā)泡而形成中空粒子54的方法(下面也稱為“后發(fā)泡法”)。典型的為，通過這樣加熱使未發(fā)泡粒子53發(fā)泡，同時(shí)使彈性母材52硬化(加硫、橋接等)，使彈性母材52與中空粒子54一體地成形，得到給定形狀的膨脹吸收材料50。
在前述(1)的制造方法(前發(fā)泡法)中，由于使用預(yù)先成形的粒子，故可容易地通過此中空粒子的混合量調(diào)整膨脹吸收材料的比重(氣泡率)。還有，此膨脹吸收材料的平均氣泡直徑、氣泡直徑的分布、氣泡形狀等均根據(jù)使用的中空粒子的形狀決定。因此，可以穩(wěn)定地制造具有所要求的性能的膨脹吸收材料。
在前述(2)的制造方法(后發(fā)泡法)中，未發(fā)泡粒子的比重與彈性母材的比重比較接近。由此，容易使未發(fā)泡粒子分散在彈性母材中。此后，由于使未發(fā)泡粒子在彈性母體中發(fā)泡，故容易得到中空粒子很好地(均勻性良好)分散的膨脹吸收材料。由于典型的中空粒子的比重與彈性母材的比重大不相同，如果將預(yù)先成形的中空粒子加入至彈性母材中，則由于彈性母材與中空粒子的組合，產(chǎn)生中空粒子上浮，容易集中至混合物的表面上的情況。如果按照此后發(fā)泡法，則由于這樣的中空粒子的上浮難于產(chǎn)生，故彈性母材與中空粒子的組合的選擇范圍廣。還有，達(dá)到使中空粒子相對(duì)于彈性母材更均勻地分散。
還有，本發(fā)明的膨脹吸收材料的形狀并無特別的限制，結(jié)合要配置此膨脹吸收材料的位置的形狀，可以采用成形成任意形狀的形狀。作為典型的形狀舉出的有板狀、環(huán)狀(環(huán)形)、球狀、圓筒狀、長方體狀、圓柱狀等。
本發(fā)明的凍裂防止裝置為將本發(fā)明的凍裂防止方法具體化，它通過膨脹吸收材料的壓縮變形吸收隨著水通路內(nèi)的水的凍結(jié)而產(chǎn)生的膨脹體積，具有防止或抑制形成水通路的構(gòu)件(例如水壓響應(yīng)裝置的外殼)等的變形與破裂的功能。此凍裂防止裝置的構(gòu)成為，除去本發(fā)明的膨脹吸收材料之外，備有一個(gè)或兩個(gè)以上的下述構(gòu)件，即，容納此膨脹吸收材料的柔軟的袋狀體、保持膨脹吸收材料的框狀體、連接許多膨脹吸收材料的連接構(gòu)件、用于將膨脹吸收材料配置在水通路的規(guī)定的地點(diǎn)的安裝構(gòu)件、構(gòu)成水通路的至少一部分的水通路形成構(gòu)件等。
在此凍裂防止裝置中所備的膨脹吸收材料的體積為，以通過凍結(jié)時(shí)隨著此凍結(jié)而產(chǎn)生的膨脹體積給予膨脹吸收材料的壓縮應(yīng)力的水(下面也稱為“凍結(jié)對(duì)象水”)的體積為1，則其體積最好為0.5個(gè)體積以下(膨脹吸收材料/凍結(jié)對(duì)象水的體積比為0.5以下，典型的為0.2～0.5)，更好一些為0.4個(gè)體積以下(膨脹吸收材料/凍結(jié)對(duì)象水的體積比為0.4以下，典型的為0.2～0.4)。
此凍裂防止裝置最好具有這樣的性能，即在由于凍結(jié)對(duì)象水的凍結(jié)而產(chǎn)生的膨脹體積中，通過膨脹吸收材料的壓縮變形而被吸收的膨脹體積的比例(下面也稱為“膨脹體積吸收率”)為100％以上。膨脹吸收材料/凍結(jié)對(duì)象水的體積比越大，還有，膨脹吸收材料的體積收縮率越大，則此膨脹體積吸收率越提高。膨脹體積吸收率高到超過100％，意味著膨脹吸收材料的膨脹體積吸收性能有富裕。因此，此膨脹體積吸收率越高，則有膨脹吸收材料(進(jìn)而為凍裂防止裝置)的耐久性越好的傾向。另一方面，從抑制器具的大型化的觀點(diǎn)，膨脹吸收材料/凍結(jié)對(duì)象水的體積比最好為0.5以下(典型的為0.2～0.5)，更好一些為0.4以下(典型的為0.2～0.4)。還有，從提高膨脹吸收材料的強(qiáng)度和耐久性的觀點(diǎn)，膨脹吸收材料的體積收縮率在相對(duì)于3.9Mpa的壓縮應(yīng)力時(shí)最好為50％以下(典型的為18～50％)。根據(jù)這一理由，在本發(fā)明的凍裂防止裝置中，實(shí)用上最佳的膨脹體積吸收率的范圍例如為100～200％(更好一些為120～160％)左右。
本發(fā)明的凍裂防止裝置的一個(gè)優(yōu)選的式樣為將具有比重為0.5～0.8而且硬度為45°～65°的范圍內(nèi)的本發(fā)明的膨脹吸收材料配置在水通路中，以使膨脹吸收材料/凍結(jié)對(duì)象水的體積比為0.5以下(例如0.2～0.5)、膨脹體積吸收率為100～150％的凍裂防止裝置。
還有，本發(fā)明的凍裂防止裝置的另一優(yōu)選的式樣為將比重為0.5～0.6而且硬度為45°～65°的范圍內(nèi)的本發(fā)明的膨脹吸收材料配置在水通路中，以使膨脹吸收材料/凍結(jié)對(duì)象水的體積比為0.5以下(例如0.3～0.5)、膨脹體積吸收率為150～200％的凍裂防止裝置。
此凍裂防止裝置可以配置在具有水通路的各種器具中使用。作為這樣的器具的合適的具體例子舉出的有，水壓響應(yīng)裝置(例如設(shè)置在燒水器的水控制部分中的水壓響應(yīng)裝置)、水控制閥、水電磁閥(例如設(shè)置在食品洗滌器的水控制部分中的水電磁閥)、旁路伺服閥、熱水膨脹水控制器及自動(dòng)水量控制裝置等。此外，還可配置在各種器具的龍頭與通水配管等中。
本發(fā)明的凍裂防止裝置中的最佳的為具有這樣的耐久性，即能對(duì)于100個(gè)循環(huán)以上(更好為120個(gè)循環(huán)以上)的凍結(jié)試驗(yàn)，能防止沒有這樣裝置的器具凍裂。此處，所謂“100個(gè)循環(huán)的凍結(jié)試驗(yàn)”，相當(dāng)于設(shè)置這樣裝置的器具經(jīng)過約3個(gè)月(大致一個(gè)冬天)，每天凍結(jié)一次(例如每個(gè)晚上)的次數(shù)。也就是，這種凍裂防止裝置，具有這樣的性能，即，即使在水通路中的水一個(gè)冬天的期間每晚都凍結(jié)的場合，也能穩(wěn)定地防止沒有此凍裂防止裝置的器具的破裂。作為能實(shí)現(xiàn)上述耐久性的凍裂防止裝置的一個(gè)合適的例子舉出的有，將對(duì)于3.9Mpa的壓縮應(yīng)力的體積收縮率為45％、硬度為45°的膨脹吸收材料配置在水通路中，以使膨脹吸收材料/凍結(jié)對(duì)象水的體積比為0.5以下(例如0.2～0.5)、膨脹體積吸收率為100％的凍裂防止裝置。
下面說明在具有水通路的器具中配置本發(fā)明的膨脹吸收材料(凍裂防止裝置)的幾個(gè)有關(guān)的實(shí)施形式。
<第一實(shí)施形式水壓響應(yīng)裝置>
圖4為煤氣熱水器的概略結(jié)構(gòu)圖，它含有配置本發(fā)明的膨脹吸收材料的水壓響應(yīng)裝置的主要部分的剖面。
此煤氣熱水器備有從入水口至熱水出口1的給水路2、從煤氣入口至煤氣燃燒器3的煤氣通路4。在給水路2中，從上游側(cè)向下游側(cè)，按順序配置開關(guān)給水路2的水龍頭5、響應(yīng)水壓而開關(guān)煤氣通路4的水壓響應(yīng)裝置6、和通過用煤氣燃燒器3產(chǎn)生的熱加熱通過的水的熱交換器7。在給水路2和這些構(gòu)件內(nèi)部中，形成水通路。在煤氣通路4中，從上游側(cè)向下游側(cè)，按順序設(shè)置開關(guān)煤氣通路4的器具龍頭8，按照水壓響應(yīng)裝置動(dòng)作的水壓響應(yīng)閥9，向煤氣燃燒器3供應(yīng)煤氣的煤氣噴射噴嘴10。
在水壓響應(yīng)裝置6中，形成通過膜片11區(qū)分的一次室12和二次室13。在從給水路2的上游側(cè)至一次室12的路徑(水通路)中，在與膜片11相同的軸線上，設(shè)置控制閥14，以用于即使在產(chǎn)生給水壓力變動(dòng)的場合，也能抑制流量的變動(dòng)。還有，在一次室12的下游，與此一次室12相連，設(shè)置熱水溫度調(diào)節(jié)器15，以用于通過調(diào)節(jié)通過的水量調(diào)節(jié)出來的熱水溫度。與熱水溫度調(diào)節(jié)器15的下游相連，設(shè)置縮小水通路的流通面積的文杜里管16。在文杜里管16中，設(shè)置相對(duì)于水通路沿垂直方向延伸的橫孔17。此橫孔17與二次室13連通。也就是說，一次室12與二次室13通過熱水溫度調(diào)節(jié)器15、文杜里管16和橫孔17連通。
如果水在文杜里管16流動(dòng)，則由于文杜里效應(yīng)，通過橫孔17，二次室13中的水壓降低。由此，在一次室12與二次室13之間產(chǎn)生壓力差，膜片11向二次室13側(cè)(圖4的左面方向，圖4中用雙點(diǎn)劃線示出的位置)變位。隨著這一變位，在膜片11的中央部分垂直安裝的輸出軸18沿圖4的左面方向伸出。此處，水壓響應(yīng)閥9設(shè)置成受到輸出軸18的伸出力而打開煤氣通路4。因此，如果打開水龍頭5，水在文杜里管16中流動(dòng)，則由于膜片11的向二次室13側(cè)的變位，通過輸出軸18使水壓響應(yīng)閥9處于打開閥的狀態(tài)，由此，打開煤氣通路4，從煤氣噴射噴嘴10向煤氣燃燒器3供給煤氣。
如果關(guān)閉水龍頭5，則文杜里管16內(nèi)的水的流動(dòng)停止，由此，由于沒有文杜里效應(yīng)，故一次室12與二次室13沒有壓力差，膜片11返回至原來的位置(圖4的右面方向，圖4中用實(shí)線示出的位置)。由此，輸出軸18返回至圖4的右面方向，其結(jié)果為，水壓響應(yīng)閥9處于關(guān)閉狀態(tài)，關(guān)閉煤氣通路。
而且，在二次室(水通路)13中，成形為環(huán)形的膨脹吸收材料21a配置在與膜片11相對(duì)的位置上。在此環(huán)形膨脹吸收材料21a的中央形成的孔中，插入并通過輸出軸18。此膨脹吸收材料21a的材質(zhì)和大小設(shè)定為使膨脹吸收材料21a與水壓響應(yīng)裝置6中的水(凍結(jié)對(duì)象水)的體積比為0.2～0.5，用膨脹吸收材料21a的體積收縮率(或比重)和因水的凍結(jié)而產(chǎn)生的體積膨脹率(9.2％)算出的膨脹體積收縮率為100～200％。
在此水壓響應(yīng)裝置6的一次室12和二次室13中，分別設(shè)置與外部連通的抽水孔(圖中未示出)。此抽水孔在通常使用時(shí)用圖未示出的抽水塞堵住。在進(jìn)行一次室12和二次室13的抽水之際，通過手動(dòng)等而取下抽水塞。由此，可向外部排出一次室12和二次室13中的水。
此處，如果忘了抽水并且氣溫降低，則給水路2內(nèi)的水比熱容量大的水壓響應(yīng)裝置6內(nèi)的水凍結(jié)的要早。由此，一次室12和二次室13中的水(凍結(jié)對(duì)象水)在封閉在水壓響應(yīng)裝置6內(nèi)的狀態(tài)下凍結(jié)。由于這樣凍結(jié)，一次室12和二次室13中的水(凍結(jié)對(duì)象水)的體積增加(膨脹)9.2％。由于這種膨脹體積，配置在二次室13中的膨脹吸收材料21a受到壓縮應(yīng)力。這樣，封在膨脹吸收材料21a所含的中空粒子中的氣體被壓縮，這些中空粒子收縮(容積減小)。其結(jié)果為，如圖5所示，膨脹收縮材料21整體收縮，吸收隨著凍結(jié)對(duì)象水的凍結(jié)而產(chǎn)生的膨脹體積。由此，由于在水壓響應(yīng)裝置6的其它部分(例如外殼)中所受到的壓縮應(yīng)力得到緩和，故可以防止或抑制其變形和破裂。
如果氣溫上升，凍結(jié)成的冰變回成水，則對(duì)于膨脹吸收材料21a的壓縮應(yīng)力解除，膨脹吸收材料21a恢復(fù)至其原來的形狀(圖4所示狀態(tài))。
還有，雖然如圖4和圖5所示，在上述實(shí)施形式中將膨脹吸收材料21a配置在水壓響應(yīng)裝置6的二次室13內(nèi)，但是，也可如圖6所示，將膨脹吸收材料21b配置在一次室12內(nèi)。在此場合，也可通過膨脹吸收材料21b的收縮吸收由于水壓響應(yīng)裝置6內(nèi)的水凍結(jié)而產(chǎn)生的膨脹體積。
<第二實(shí)施形式水電磁閥>
圖7為配置本發(fā)明的膨脹吸收材料的水電磁閥的剖面圖，在此實(shí)施形式中，在水電磁閥22的制動(dòng)器接納容器24中配置膨脹吸收材料21c。通過此膨脹吸收材料21c吸收裝滿在制動(dòng)器接納容器24中的水(凍結(jié)對(duì)象水)凍結(jié)的場合所存在的膨脹體積，能防止或抑制制動(dòng)器接納容器24的變形與破裂。
還有，在本實(shí)施形式中，如圖7所示，在水電磁閥22的內(nèi)部形成的水通路23的角部上，也配置膨脹吸收材料21d。在這樣的角部上，通過水通路23中的水(凍結(jié)對(duì)象水)凍結(jié)時(shí)膨脹體積而產(chǎn)生的壓縮應(yīng)力集中，容易發(fā)生斷裂。在本實(shí)施例中，由于在角部配置膨脹吸收材料21d，故可以有效地防止或抑制構(gòu)成水通路的構(gòu)件的變形和破裂。實(shí)驗(yàn)例下面說明有關(guān)本發(fā)明的膨脹吸收材料(凍裂防止裝置)的性能的研究實(shí)驗(yàn)例。
<實(shí)驗(yàn)例1>
研究膨脹吸收材料的比重與為了通過此膨脹吸收材料得到給定的膨脹體積吸收率所需的膨脹吸收材料/水的體積比的關(guān)系。也就是說，制造比重不同的各種膨脹吸收材料，并測定有關(guān)這些膨脹吸收材料相對(duì)于壓縮應(yīng)力3.9Mpa的體積收縮率。采用體積收縮率的測定結(jié)果及水的凍結(jié)時(shí)的體積膨脹率(9.2％)，算出為了達(dá)到膨脹體積吸收率為100％、120％、160％和200％的各個(gè)水平所需的膨脹吸收材料/水的體積比。其結(jié)果如圖8所示。
還有，在本實(shí)驗(yàn)例子中，采用了將作為中空粒子的丙烯腈系樹脂氣球(平均粒徑50μm)分散在作為彈性母材的EPDM中的膨脹吸收材料。膨脹吸收材料的比重通過丙烯腈系樹脂氣球的含有比例來調(diào)整。還有，各膨脹吸收材料通過后發(fā)泡法制造。
如圖8所示，隨著比重變小，用于得到給室的膨脹體積吸收率所需的膨脹吸收材料/水的體積比減小。也就是說，通過較小體積的膨脹吸收材料得到給定的膨脹體積吸收性能(凍裂防止效果)。以膨脹吸收材料/水的體積比為0.5以上而且膨脹體積吸收率為100％以上為目標(biāo)水平的場合，如果按照本實(shí)驗(yàn)例子的組成，則比重為0.79以下的膨脹吸收材料可達(dá)到目標(biāo)水平。還有，比重為0.4以下的膨脹吸收材料的表面稍微有些裂開。
<實(shí)驗(yàn)例2>
研究膨脹吸收材料的硬度與此膨脹吸收材料(采用此膨脹吸收材料的凍裂防止裝置)的耐久性的關(guān)系。也就是說，制造硬度分別為45°、55°和65°的三種膨脹吸收材料，在膨脹體積吸收率為100％和120％的兩種水平下，通過以下的方法進(jìn)行有關(guān)各膨脹吸收材料的凍結(jié)試驗(yàn)，調(diào)查耐久性。其結(jié)果示于圖9中。
還有，在本實(shí)施例中，采用按40vol％的比例含有作為中空粒子的丙烯腈系樹脂氣球(平均粒徑50μm)的膨脹吸收材料，通過改變所用的彈性母材的種類調(diào)整硬度。各膨脹吸收材料通過后發(fā)泡法制造。還有，膨脹體積吸收率通過膨脹吸收材料/水的體積比來調(diào)整。凍結(jié)實(shí)驗(yàn)方法將給定的量的水與膨脹吸收材料放入用丙烯做的密閉容器中，并反復(fù)進(jìn)行凍結(jié)與解凍的循環(huán)。以到容器破裂時(shí)為止的凍結(jié)循環(huán)數(shù)作為耐久性的測定值。
如同從圖9所了解的那樣，有耐久性(一直到容器凍裂的凍結(jié)循環(huán)數(shù))隨著膨脹吸收材料的硬度降低而提高的傾向。還有，通過將膨脹體積吸收率以100％提高至120％，不管任何硬度，都可以進(jìn)一步提高耐久性。
雖然上面詳細(xì)說明本發(fā)明的具體例子，但是，這只不過是例示，它并不限定專利申請(qǐng)要求的范圍。在專利申請(qǐng)范圍內(nèi)所記載的技術(shù)中，包含上述例示的具體例子的各種變形和變更。
還有，在本說明書或圖面中說明的技術(shù)要素可以單獨(dú)地或通過各種組合發(fā)揮技術(shù)的有用性，并不限定于申請(qǐng)時(shí)的權(quán)利要求書的各項(xiàng)記載的組合。還有，在本說明書或圖面中例示的技術(shù)同時(shí)達(dá)到多個(gè)目的，它自身具有達(dá)到其中的一個(gè)目的的技術(shù)有用性。
權(quán)利要求
1.一種膨脹吸收材料，配置在水通路中并通過壓縮變形吸收隨著水通路內(nèi)的水的凍結(jié)而產(chǎn)生的膨脹體積，其中，容積能可逆地變化的中空粒子分散在彈性母材中，膨脹吸收材料的比重在0.5～0.8的范圍內(nèi)。
2.如權(quán)利要求1的膨脹吸收材料，其硬度在45°～65°的范圍內(nèi)。
3.如權(quán)利要求1的膨脹吸收材料，前述中空粒子為樹脂氣球，前述彈性母材為乙烯-丙烯-二烯的共聚合物。
4.凍裂防止裝置，備有如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)的膨脹吸收材料并將此膨脹吸收材料配置在水通路中。
5.凍結(jié)防止方法，它將如權(quán)利要求1至3的任一項(xiàng)的膨脹吸收材料配量在水通路中，并通過此膨脹吸收材料的壓縮變形吸收隨著水通路內(nèi)的水的凍結(jié)而產(chǎn)生的膨脹體積，防止形成水通路的構(gòu)件的破裂。
全文摘要
提供耐久性高而且膨脹體積吸收性能卓越的膨脹吸收材料、采用此膨脹吸收材料的凍裂防止裝置，以及凍裂防止方法。本發(fā)明的膨脹吸收材料50的特征為，它具有這樣的結(jié)構(gòu)，即將容積能可逆地變化的中空粒子(丙烯腈系樹脂氣球等)54分散在彈性母材(EPDM)中，比重在0.5～0.8的范圍內(nèi)。此膨脹吸收材料配置在水通路(例如水壓響應(yīng)裝置的二次室內(nèi))中，通過壓縮變形吸收隨著水通路內(nèi)的水的凍結(jié)而產(chǎn)生的膨脹體積，并由此防止備有水通路的器具的破裂。
文檔編號(hào)C08L23/16GK1407291SQ0214224
公開日2003年4月2日 申請(qǐng)日期2002年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月30日
發(fā)明者蜂矢秋仁 申請(qǐng)人:林內(nèi)株式會(huì)社