專利名稱：輸送液體管道內(nèi)的溫控閥門裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域?yàn)榻o、排水。
本發(fā)明涉及一種供裝設(shè)在輸送流體的管道內(nèi)的溫控閥門裝置，例如家用供水管道，用來保護(hù)該管道免被凍裂，其作用是將管道內(nèi)僅僅是正在結(jié)晶的那部分流體放出。
未保溫的戶外管道受凍損壞的事例是人所熟知的，常用的保護(hù)它們免被凍壞的措施有將水管上的總閥門埋置在地面下的坑內(nèi)，其深度足以防止水凍冰;當(dāng)預(yù)見到將有大幅度降溫時，就將該總閥關(guān)閉，并開啟一個排水閥，一般該閥就裝在總閥附近并位于該總閥供水管網(wǎng)的最低點(diǎn)，以便將殘存于管道內(nèi)的水放空。這就要求，首先必須不斷地關(guān)心氣候條件，其次是到時要有人在場及時地進(jìn)行上述閥門的操作。而這些并不總是可能的，由此造成的損失往往又是無法修復(fù)的。此外，采取上述預(yù)防措施的決心往往是下不了的，因?yàn)橐粍t總閥門不是很容易夠及的，加上外面惡劣的氣候使人不愿出去，再則采取了上述措施后整個被保護(hù)范圍內(nèi)的管道內(nèi)將會無水，使人感到不便。
其他常用的防止此種不方便情況的措施還有，例如，認(rèn)水從一個位于系統(tǒng)中有利地點(diǎn)的閥門中不斷滴出以延遲結(jié)冰以及隨后的水的凍固的發(fā)生。眾所周知，水在凍固時由于體積的增大，會使管子爆裂。人們也知道管內(nèi)有水流動時，即使很緩慢，一般也會帶來足夠的熱量防止管內(nèi)結(jié)冰，從而可以免于爆裂;但這一方法要流失水，而節(jié)水可能是重要的，采用這一類預(yù)防措施還牽涉到費(fèi)用問題。
由于上述原因，有一些措施被提出來對管道進(jìn)行自動保護(hù)，尤其是對家用水管。由科爾澤(Kolze)申報(bào)的美國專利A(4)460006提出了一種保護(hù)管子免受凍裂的裝置，它包括一個自動閥，在水快要結(jié)冰時放出一定量的水;這一裝置的特點(diǎn)是它裝有一個相當(dāng)復(fù)雜的可移動的組合件來使一個排水閥開啟或關(guān)閉;該裝置包括一個用彈性裝置支承住并由一個第一彈簧將其保持在閥座上的閥門，閥門由一塊形狀復(fù)雜的板上的一條腿來打開，當(dāng)裝在雙層殼體內(nèi)的一個被往回推的缸體中的臘的膨脹而將一個活塞桿移動時，一個第二彈簧就使上述復(fù)雜形狀的板復(fù)位，而上述雙層殼體內(nèi)的缸體則由一個第三彈簧復(fù)位，該第三彈簧的彈力比與之相對作用的第二彈簧強(qiáng)，從而使閥門抬升。
這樣的結(jié)構(gòu)在活塞桿和閥座之間并沒有剛性的連結(jié)，因此這樣一個復(fù)雜的裝置沒有三個相對作用的彈簧就無法工作，要取得預(yù)期的功能該三個彈簧都要發(fā)揮作用;此外，所有由于各部件松動而引起的機(jī)械位移，例如里面裝有活動件的杯形件和外殼的松動，無疑都是引起零件卡澀的原因;這種情況對該裝置的可靠性不會有好處，而且從制造的角度來看，要將其機(jī)構(gòu)調(diào)整好是代價高的而且具有很大的隨機(jī)性。
為了克服這些缺點(diǎn)，本發(fā)明提供一個更直接和更可靠的解決辦法，利用一個溫控的裝置來對輸送流體的管道，特別是上水管道進(jìn)行保護(hù)，該裝置可以將管道內(nèi)已經(jīng)開始結(jié)晶、但還沒有放盡其潛熱而凝固成固體的那部分流體放掉，從而防止管道凍裂。為此目的，設(shè)計(jì)了一個可以裝在流體管道內(nèi)的溫控裝置，用一種排放閥的活門，它控制的排放閥只放出達(dá)到結(jié)晶條件的那部分流體。該排放閥在一個復(fù)位彈簧的作用下保持在開啟狀態(tài)，并被一個直接與該流體接觸的缸體內(nèi)的活塞桿推動而關(guān)閉，該活塞是依據(jù)流體的結(jié)晶狀況而動作的。上述缸體內(nèi)充有一種其形狀隨流體溫度變化而脹縮的物體，由管內(nèi)流體溫度變化引起的該物體的變形足以使流體溫度上升到稍高于該流體的凝固點(diǎn)時將排放閥關(guān)閉。
除了具有極為簡單從而使其在應(yīng)用中十分可靠的特點(diǎn)以外，本發(fā)明的裝置的一個決定性的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)該流體所帶入的熱量不足以將活門頂住在其閥座上以保持它的關(guān)閉狀態(tài)時，該活門就由一個復(fù)位彈簧抬起，從而立即將已經(jīng)到達(dá)結(jié)晶狀態(tài)的那部分流體排出管外。當(dāng)然，這部分流體排掉以后，新的流體就流入，該新流入的流體的溫度一般較高，這樣就帶入足夠的熱量將活門推回到它的閥座上，從而重新將該排放閥關(guān)閉。這種運(yùn)行方式顯然可以節(jié)約流體，因?yàn)橹挥械竭_(dá)冰點(diǎn)的那部流體是被放掉的。
要防止管內(nèi)凍結(jié)的影響，也可以簡單地考慮將管子在合適的時刻阻斷，從而避免在凍結(jié)造成的后果上再流失有壓力的流體。根據(jù)本發(fā)明的另一特點(diǎn)，建議采用一種溫控的閥門系統(tǒng)，只要流體的溫度降到或低于預(yù)先規(guī)定的限值，該閥門就立即關(guān)閉。這種溫控閥門系統(tǒng)的特征是它具有一個錐度較大的閥芯，它與該被保護(hù)的管子同軸安裝，并與一個同軸的閥座相配，它的緊閉是依靠一個其推力大于與之方向相對的流體壓力所產(chǎn)生的力，但小于與之方向相對的作用于該閥芯的一個活塞施加的軸向力，該活塞的力來自一個放置于缸體內(nèi)的變形體由于流體溫度升高到一個預(yù)先規(guī)定的限值以上而引起的膨脹。該所述的缸體保持與流體接觸并位于它的軸線上。
因此可以理解，當(dāng)管內(nèi)流體的溫度低于某一預(yù)先規(guī)定的限值時，閥芯就由一個精確地校準(zhǔn)到其彈力大于與之方向相對的流體壓力的彈簧推緊在其閥座上，從而使管道阻斷，至少要等到該流體的溫度升至該預(yù)先規(guī)定的限值時，然后由于在缸體內(nèi)的變形體的膨脹而將閥芯推回，將管道開通;顯然，該預(yù)先規(guī)定的溫度限值的選擇，應(yīng)該是當(dāng)管內(nèi)的流體重新建立起壓力時，該管子并不處于冰凍狀態(tài)。
根據(jù)本發(fā)明的最后一個特點(diǎn)，上述兩種溫控制裝置可以組合成一個，使其作用可以對在冰凍條件下輸送流體的管道進(jìn)行全面的保護(hù)。為此，將前面說明的兩種裝置組合成一體，它包括在上游側(cè)的一個溫控閥，接著是下游側(cè)的一個溫控排放閥;這樣構(gòu)成的組合件的特征是位于上游側(cè)的溫控閥的關(guān)閉溫度稍高于開啟排放閥的溫度，以使管子可以排空而得到保護(hù)。
這樣，該閥門系統(tǒng)和溫控排放閥的組合件可以裝設(shè)在管道中的任意一點(diǎn)用來根據(jù)預(yù)先選定的戶外溫度來關(guān)斷流體;當(dāng)氣候條件接近理想的凍結(jié)溫度(水是1℃左右)，此時溫控排放閥開啟，將原先已被溫控閥隔斷的、但還留存在管內(nèi)的流體(例如水)放空，但其條件是在該管道系統(tǒng)的另一處的一個同一類型的排放閥也要開啟放入空氣以使該流體得以流出。
本發(fā)明的溫控裝置的功能和優(yōu)點(diǎn)可從下面的實(shí)施例的說明中更方便地理解到，同時參閱所附的圖，當(dāng)然用來作出說明的實(shí)施例和圖紙并不對本發(fā)明有所限制。這些附圖是

圖1是本發(fā)明的溫控排放閥的立視圖，半邊剖開以示出其溫控機(jī)構(gòu)，圖2是本發(fā)明的溫控閥門系統(tǒng)的軸向垂直剖視圖，圖3是本發(fā)明的一個組合式的包括溫控閥門系統(tǒng)和一個溫控排放閥串聯(lián)連接著的軸向垂直剖視圖，圖4是裝用本發(fā)明的裝置來防止管子凍冰的典型布置的例子。
圖1中的溫控排放裝置1是用來防止流體2在管子3中凍結(jié)的。在下面的說明中，假設(shè)該流體是水，它在一個大氣壓下的冰點(diǎn)是0℃。但本發(fā)明的裝置可用于凝固點(diǎn)不同的其他流體。本發(fā)明的裝置的作用是，等到水溫降到1℃或低于1℃，裝在管子3上的排放閥5的活門4被一個精確地校準(zhǔn)過的復(fù)位彈簧7從其閥座6上抬起，使一部分已冷卻到結(jié)冰條件的水在它還未將其潛熱放盡而凝固成會對管子3造成損傷的冰之前被排放掉。從管子3內(nèi)被排放掉的水2同時又被剛從具有一般保溫設(shè)施的輸水管網(wǎng)里來的、溫度較高的水所取代。新來的水使得排放閥5的活門4關(guān)閉，一直等到管內(nèi)的水再次冷卻到結(jié)冰點(diǎn)時，就開始另一個排水周期。
在這種情況下，只有會有冷凍危險的那部分水被排放掉，從而可以節(jié)省大量的水。
在本發(fā)明中，活門4是由一個缸體8控制的，缸體8內(nèi)裝有變形體9，它的形態(tài)隨著溫度變化;這種變化傳導(dǎo)給活塞10，并決定著嵌裝在活門4中心并與之同軸的活塞桿11的位移量?；铋T4通常具有卵球體形狀，它的端部12與閥座6形成管子3的排放閥5。
溫控排放裝置1內(nèi)的活門4裝在與管子3相通的第一個缸室13內(nèi)，活門4支承在彈簧7上。正常情況下該彈簧7是將該活門4推向離開排放閥5上的閥座6的方向的。
如水溫高于1℃，放置在完全浸沒在水2中的缸體8內(nèi)的變形體9的體積膨脹，從而推動活塞10及活塞桿11，使之壓緊彈簧7，把活門4推向閥座，把排放閥5閉住，因?yàn)樵谠摐囟认滤?不會凍固。
根據(jù)本發(fā)明的第二特點(diǎn)，還有一個與上述溫控排放裝置互補(bǔ)的裝置，它可以在水溫等于任何正值時保證該溫控排放裝置正確和可靠地工作。顯然，當(dāng)溫度高于某數(shù)值時，變形體9隨著水溫的升高還將繼續(xù)膨脹，活塞桿11也相應(yīng)伸長;因?yàn)槔碚撋险f來，等到水溫達(dá)到1℃時，活塞桿11已把活門4頂住在閥座6上，已沒有再向下移動的余地了。此時有必要使控制桿11有伸長的余地。這一要求可以通過將缸體8往上移動來滿足。為此，缸體8是裝在與缸室13同軸的另一個缸室14內(nèi)，它們都充滿了水并由壓力彈簧15保持在其位置上，彈簧15的彈力比活門4的復(fù)位彈簧7的彈力大些，它作用在缸室14下端的凸臺16上，該凸臺是由于缸室13和缸室14之間的直徑差形成的。彈簧15的另一端支承于頂部一個擋圈17上。該擋圈的中空部分保持裝置可與管子3相通，另一方面它的中心通道18可允許缸體8通過。
這樣的裝置使得在冰凍期間(水2的溫度等于或低于1℃時)，缸體8是固定不動的，它頂住在凸臺16上，活門4有節(jié)奏地一次一次排放到達(dá)結(jié)冰條件的水;當(dāng)溫度升高時(水溫高于1℃)，活門4閉住在閥座6上，而缸體8則在缸室14內(nèi)將彈簧15壓縮而有位移。當(dāng)水溫降低后彈簧15又使缸體8回復(fù)原位。
這樣就更易于理解本發(fā)明的溫控排放裝置1的所有方面。它的優(yōu)點(diǎn)由于它是安裝在它所保護(hù)的管道3內(nèi)的獨(dú)特的方式而更形顯著。上述的溫控排放閥全部裝在一個單一的殼體101內(nèi)，其內(nèi)壁加工成排放閥5、閥座6、同軸的缸室13和14、凸臺16、供裝擋圈17用的溝槽171。在外壁，裝置1頂部設(shè)有螺紋102，使裝置1可以旋入到一個常規(guī)的T形三通103中去;外殼101的下部做成六角螺帽形104，以供用常規(guī)的方法把裝置1裝到T形三通103上去。
這樣的安裝方式還有一個優(yōu)點(diǎn)，就是它不阻擋管子3內(nèi)的流體流動。
圖2所示的本發(fā)明的溫控閥19在管子3內(nèi)的流體2的溫度到達(dá)預(yù)先規(guī)定的界限值T0時需要將管子3閉住的場合特別適用。只要該流體的溫度是等于或低于界限值T0，溫控閥19就將管子3阻斷。
圖中的溫控閥19可以用常規(guī)的內(nèi)螺紋或外螺紋嵌裝在任何需要保護(hù)的管子3內(nèi)。該溫控閥19有一個外殼20，一般做成空心的圓柱狀，其內(nèi)部用螺紋旋入一個尺寸較外殼20略短的襯套21。該襯套21的右端在其內(nèi)部進(jìn)行車削以形成一個錐形的閥座22，用來與溫控閥19的閥芯23相配，以將管子3中從圖2中所示的F方向流來的具有壓力的流體2完全關(guān)閉住。錐形的閥芯23在正常狀態(tài)下由支承于外殼20上的一個凸臺25上的壓力彈簧24壓緊在它的閥座22上。
彈簧25施加于閥芯23的壓力大大高于管子3內(nèi)流體的與之作用相反的壓力。例如，如流體的壓力是6巴，則選用的彈簧25將會有8巴的壓力作用于閥芯23上。因此很容易理解在這樣一種設(shè)計(jì)中需要在流體2的壓力之外附加另外的壓力才能使閥芯23開啟并使流體2在管子3內(nèi)得以流通。此附加的力是由閥芯23中央的一個活塞27上的一根活塞桿26受到裝在缸體29內(nèi)的一個變形體28的膨脹來提供的。該變形體28隨著浸沒著所述的缸體29的流體2的溫度脹縮的。缸體29由一個能在襯套21的內(nèi)表面上自由滑動的定位和導(dǎo)向環(huán)291支承在襯套21的中心部位。此外，一個準(zhǔn)確地校準(zhǔn)好的彈簧30將缸體/活塞/活塞桿的組合件29，27，26連續(xù)地推向閥芯23的方向。這樣，在任何時間該閥芯23總是在一方面是兩個彈簧24和30以及另一方面是流體2這幾種互相對抗的力的平衡狀態(tài)下。還應(yīng)注意到支承在襯套21頂端的一個凸臺31上的彈簧30的彈力總是比閥芯23的復(fù)位彈簧24的彈力大。
由此可見，彈簧24總是處于受壓的狀態(tài)下，至少在溫控閥19的正常運(yùn)行范圍內(nèi)是如此的。溫控閥19的作用如下在預(yù)先規(guī)定的溫控閥19的關(guān)閉溫度T0時，缸體29不再通過活塞27及活塞桿26向閥芯23施加任何推力，因?yàn)榇藭r缸體29內(nèi)的變形體28收縮了。
于是閥芯23被彈簧24壓向閥座22，管子3完全被阻斷;只要流體2的溫度等于或低于T0，閥門就保持關(guān)閉不通，并可消除活動件之間出現(xiàn)的所有的間隙。相反，只要溫度高于T0，缸體29內(nèi)的變形體28就膨脹并通過活塞27的活塞桿26推動閥芯23，使其與閥座22分開，從而使管子3內(nèi)的流體2流過。閥體內(nèi)有足夠的空間可供閥芯23移動，一直到它被外殼20上的凸臺32止住。這種情況發(fā)生在流體2的溫度很高時，缸體29內(nèi)變形體29膨脹而使活塞桿26有相當(dāng)大的伸長量。
等到閥芯23到達(dá)該凸臺而不能再容許活塞桿26的進(jìn)一步伸長，此時缸體29在彈簧30的作用和擋圈291的滑動下開始往回移動。等到流體2的溫度降下來后，彈簧30就會將缸體/活塞/活塞桿組合件往回拉。
最后，還應(yīng)注意到分別用于溫控排放閥和溫控閥的缸體8和29內(nèi)的變形體9和28可以是蠟或油類或兩者的混合物構(gòu)成的，它們隨溫度變化的變形性能是已知的。選用它們是出于機(jī)械構(gòu)造上或調(diào)節(jié)范圍上的考慮。
本發(fā)明還有一個特點(diǎn)，圖3所示的裝置是專門以自動的方式代替過去一般由人工來做的用來防止管子凍結(jié)的做法，例如把管子內(nèi)部流體徹底放空，該裝置的作用可以概括為阻止流體的流入，開啟位于最低點(diǎn)的排放閥，開啟所有的閥門，將管內(nèi)的水放空。
為完成上述目的，溫控裝置33由一個如同圖2中所述的溫控閥19和一個前述的溫控排放閥1聯(lián)合組成，它們組裝在同一個殼體內(nèi)，嵌裝于要在流體2凍結(jié)時受到保護(hù)的管子3內(nèi)。流體先流過溫控裝置33內(nèi)的溫控閥19，然后流過溫控排放裝置1，再流入管子3。
很顯然，組成該溫控裝置33的兩個組件的全部技術(shù)特性都與前面說明的相符。但缸體34的選擇使得閥芯23據(jù)以關(guān)閉的流體2的溫度T0比缸體35據(jù)以開啟排放閥5的溫度高1℃。
這樣，當(dāng)流體2的溫度降低到2℃時，管子就自動阻斷。如流體2的溫度繼續(xù)下降，則在1℃時排放閥會開啟并將位于管子3下游段內(nèi)的水放凈。要放水需要通入空氣，這可以另外在管子3的最高點(diǎn)裝設(shè)一個本發(fā)明的溫控排放閥，它也調(diào)整在1℃溫度下開啟。
圖4中示出了在上水管道家用水表38后面幾處裝設(shè)溫控排放閥36和附裝有溫控排放閥的溫控閥37的典型布置方式。
權(quán)利要求
1.一種供裝在輸送流體的管道內(nèi)的溫控閥門裝置組合件，用來保護(hù)該管道免被凍裂，其作用是將管道內(nèi)僅僅是正在結(jié)晶的那部分流體放出，它包括第一個自動將該管道(3)阻斷的裝置(19)再加上第二個自動將管子(3)內(nèi)流體排放的裝置(1)，其特征是，該第一和第二裝置裝有根據(jù)管子(3)內(nèi)流通的流體(2)的溫度作出反應(yīng)的適當(dāng)手段，其方式是其第一個裝置(19)通過其閥芯(23)先將管子(3)阻斷，然后第二個裝置(1)通過開啟一個排放閥(5)再將管子(3)放空，該排放閥(5)在正常情況下由一個活門(4)關(guān)閉著。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的供裝在輸送流體的管道內(nèi)的溫控閥門裝置，其特征是，其根據(jù)流體(2)的溫度作出反應(yīng)的手段包括一個可以在由兩個同軸的缸室(13)和(14)構(gòu)成的殼體內(nèi)自由滑動的缸體(8)，在缸體(8)內(nèi)的變形體(9)的體積變化作用于活塞(10)的活塞桿(11)，使該活塞桿(11)有效地并經(jīng)常地抵住在排放閥(5)的活門(4)上，另一方面，一個彈力大于所述的排放閥(5)的活門(4)的復(fù)位彈簧(7)的彈簧(15)則總是要把缸體(8)和活門(4)的組合件往回推，以吸收由于流體(2)的溫度變化到高于流體結(jié)晶溫度時所引起的活塞桿(11)的長度變化，或消除由于溫度降到低于結(jié)晶溫度時引起的位移。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的溫控裝置，其特征是，該排放閥(5)的活門(4)通常具有卵球體形狀，它的端部(12)與閥座(6)形成管子(3)的排放閥(5)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的供裝在輸送流體的管道內(nèi)的溫控閥門裝置，它在流體(2)溫度降到或低于某一預(yù)先規(guī)定的限值時阻斷該管子(3)，其特征是，它的閥芯(23)具有一個錐度較大的錐形面，同軸地裝設(shè)在管子(3)內(nèi)，該閥芯(23)與同軸地裝在管子(3)內(nèi)的閥座(22)通過螺旋彈簧(24)的彈力來關(guān)閉，該彈簧(24)的力大于作用與之相反的液體(2)的壓力，但小于軸向地作用于閥芯(23)的來自活塞(27)的推力，該推力是由一個放置在缸體(29)內(nèi)的變形體(28)在該流體(2)的溫度升至預(yù)先規(guī)定的限值以上后作用于所述的活塞(27)上的，該缸體(29)以與管子(3)同軸并與之接觸的方式放置在管子(3)內(nèi)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的溫控裝置，其特征是，該缸體(29)裝在一個定位和導(dǎo)向環(huán)(291)的中心并可在管子(3)的軸線上滑動，該定位和導(dǎo)向環(huán)(291)的外徑與管子(3)的內(nèi)徑相同，并由彈簧(30)以大于閥芯(23)的復(fù)位彈簧(24)并與之作用相反的力抵住，以便吸收由于流體(2)溫度高出預(yù)定的限值溫度引起的活塞(27)的活塞桿(26)的伸長，并在溫度低于該限值時消除活動件之間出現(xiàn)的所有間隙。
6.根據(jù)權(quán)利要求2至5中之一的溫控裝置，其特征是，放置在用于阻斷的缸體(29、34)和用于排放的缸體(8、35)內(nèi)的變形體(9、28)可以是蠟、油或兩者的混合物。
全文摘要
一種供裝在輸送流體的管子內(nèi)的溫控閥門組合裝置，用來保護(hù)該管道免被凍裂，其作用是將管道內(nèi)僅僅是正在結(jié)晶的那部分流體放出，它包括第一個自動將該管子阻斷的裝置，再加上第二自動將管子內(nèi)流體排放的裝置，該第一和第二裝置裝有根據(jù)管子內(nèi)流通的流體的溫度作出反應(yīng)的適當(dāng)手段，其方式是其第一個裝置通過其閥芯先將管子阻斷，然后第二個裝置通過開啟一個排放閥將管子放空，該排放閥在正常情況下由一個活門關(guān)閉著。
文檔編號G05D23/02GK1038867SQ8910376
公開日1990年1月17日 申請日期1989年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1988年6月9日
發(fā)明者德博·米歇爾 申請人:德博·米歇爾