带有节水型扩压器的分水系统 本发明通常涉及一种节水型扩压器，该节水型扩压器与诸如水龙头或喷淋供水管以及与应用节水型扩压器的分水系统相连，从而对多层大楼产生一个均匀的水流。更具体地说，本发明与一种用户会察觉比实际流量较高流量的节水型扩压器有关。该节水型扩压器适于产生一个预定的流量，所以使用这些节水型扩压器的分水系统可向多层大楼的各层提供相同流量的输出。
在世界各地，大家都关心如何取得淡水，尤其在自然供应淡水缺乏的区域内，所以必须用高价购买淡水。有些社区已经对诸如洗车或浇花与草地的非必需用水采取了严格的限制。此外，对生态环境的关心也促使保护水作为一种减小水处理厂所耗能源的手段，这种水处理厂可保证向社区用户供应能满足最低质量标准的水。
一般来说，节水装置是通过限制流过水龙头或喷淋头的水流量来节水，这通常是用减小水流过的截面积来做到的。例如，采用一个具有一个或多个小孔以限制盘下游的水流量的盘就可限制流量。典型的限流装置可在供水压为60磅/英寸2下提供约1.5至2加仑/分的下游流量。然而，普通减流装置只能减小感觉的流速和流量，结果用户察觉细流水从水龙头和喷淋头流出，这种细流水不能满足清洗油腻地碗碟或冲掉头发上的洗发液。
例如用于多层公寓大楼内的一个典型的分水系统就用普通的减流装置来节水，因而这种典型的分水系统对公寓楼的各层客房都一视同仁地减小水流。但是，由于重力的作用会使位于顶层的客房有水压损耗，因此，比起底层客房就会有较小的小流量。同样，对于占地很大的公寓楼，由于距离的作用也会使位于远离主供水源的客房相对于离主供水源近的客房有较小的水流量。以上这些作用的结果就使典型的分水系统形成不均的分水。此外，为了保证最远离主供水源的地方做到至少满足最小的流量标准即最低流量，那么普通供水系统一般要超量供水。
考虑到普通减流装置和供水系统的上述缺陷，本发明的目的是提供一种连到水龙头和喷淋供水管的节水型扩压器，从而减小了水流量，同时实际上却增大了出自扩压器的感觉水流速。
本发明的另一个目的是提供一种易于产生一预定流量的节水型扩压器。
本发明的再一个目的是提供一种可对单层和多层大楼各层都产生均匀流量的分水系统。
根据本发明的一个方面，节水型扩压器有一个其上游端适合连到一水龙头和一喷淋供水管的空心筒管。在水龙头扩压器中，该空心筒管适于容纳一个具有许多孔的加速器盘和一个具有一定尺寸中心孔的分配器盘及一个插在分配器盘和加速器盘之间的室环以限定两个盘之间的腔室。空心筒管的下游端处凸台用来保持并定位空心筒管内的加速器盘，室环和分配器盘。分配器盘可卸下而加速器盘的中心孔可以定制以在给定的供水压力下产生一特定的流量。另外，分配器盘固定在扩压器内以防止损坏。
根据本发明的另一个方面，分水系统包括具有定制中心孔的分配器盘的节水型扩压器，以在整个多层大楼内产生均匀流量的水。
根据本发明又一个方面，节水和对整个多层大楼产生均匀分水的方法包括确定供水压力，确定多层大楼位于各地方和各层的水流特性，和根据各地和各层所定的供水压力和流量特性并在所选的楼层，所选的地方来确定节水型扩压管的分配器盘上合适的中心孔的尺寸。
根据本发明再一个方面。用于水龙头或喷淋头的节水型扩压器包括一个把节水型扩压器和供水管相连的万向管接头。该万向管接头有一个轴向水管，一个可动地与万向管接头相连的上室部分，及一个与上室部分相连的中间室部分和一个下室部分，该下室部分具有与中间室部分相连的窄上游端和宽下游端，下室部分的窄上游端内置放一垫圈和有一定尺寸中心孔的分配器盘，而加速器部分则连到下室部分的宽下游端，该加速器部分具有若干个用于产生来自喷淋头节水型扩压器的多水流输出的孔。
本发明的节水型扩压器是一种减小水流的装置，使用本装置时用户会觉得有比实际水流更大的水流。本发明装置的主要优点是用户在不知不觉中降低了水耗，这是通过减缓了流过水龙头和喷淋头的感觉水流量而减缓水流速，而这却是许多现有限流装置的一个共同的缺点。
本发明的节水型扩压器产生的感觉大水流或许是由于装置的尺寸引起的，特别是由分配器盘尺寸、加速器部分尺寸以及分开分配器盘和加速器部分的腔室的尺寸引起。另外，在加速器部分上如何布置这些小孔也会影响到感觉大水流，然而，尚未完全弄清楚引起感觉大水流的确切机构。从一个极端出发，选择孔的尺寸或布置可能会产生一种诸如水喷泉中见到的不发生浪花水流的那种流动，即层流。而层流可看作是一种缓慢流动。从另一个极端出发，选择孔的尺寸或布置可能会产生一种诸如花园浇水软管夹紧时见到的高速喷流的那种流动，即紊流，而紊流可看作是一种快速流动。本发明的节水型扩压器很可能产生一种介于上述二个极端之间的流动。
通过定制大楼内各个地方所用的节水型扩压器以平衡大楼各处的水流，那么本发明的分水系统就可对多层大楼的各处提供均匀的水流。
在本发明的分水系统中结合采用本发明的节水型扩压器，那么多层大楼的水耗会大大地降低，在改善感觉流速的同时又不会把水速减小到不可接受的涓涓细流，也不会使高层地方的水流比低层地方的水流小。
图1表示根据本发明一个实施例的一个节水型扩压器的分解透视图；
图2A和图2B分别表示根据图1实施例中的筒管的顶视图和侧视图；
图3A和图3B分别表示根据图1实施例中的加速器盘的顶视图和侧视图；
图4A和图4B分别表示根据图1实施例中的环室的顶视图和侧视图；
图5A和图5B分别表示根据图1实施例中带有一中心孔的分配器盘的顶视图和侧视图；
图6是表示本发明实施例中节水型水龙头扩压器内中心孔直径，供水压和水流速之间关系的表格。
图7示意性地示出典型大楼内各等尺寸楼层分布图；
图8是本发明的一个实施例的分水系统与典型的分水系统的比较图；
图9是叙述了根据本发明一个实施例而对多层大楼各处提供均匀流量方法的流程表；
图10是表明采用本发明实施例的一分水系统的多层大楼内水流特性的表格；
图11是本发明又一实施例的节水型扩压器的合成透视图；
图12是图11的实施例中，节水型扩压器的分解透视图；
图13是图11的实施例中，扩压器的剖切侧视图；
图14A和图14B分别表示图11的实施例中，万向管接头的侧视图和剖切侧视图；
图15A和图15B分别表示图11的实施例中，上室部分的侧视图和剖切侧视图；
图16A和图16B分别表示图11的实施例中，中间室部分的侧视图和剖切侧视图；
图17A和图17B分别表示图11的实施例中，下室部分的侧视图和剖切侧视图；
图18A和图18B分别表示图11的实施例中，带有中心孔的分配器盘的顶视图和剖切侧视图；
图19是一个表明图11实施例的节水型扩压器中分配器盘的中心孔，供水压和水流量之间关系的表格；
图20是图11的实施例中，垫圈的剖切侧视图；
图21A，图21B和图21C分别表示图11的实施例中，加速器部分的顶视图，侧视图和剖切侧视图。
参照附图，下文将叙述本发明的最佳实施例，其中，相同标号表示同一部件或类似部件。
图1是本发明一个实施例的分解透视图。根据该实施例，节水型扩压器1包含有一个空心筒管10，一个加速器盘20，一个室环30和一个分配器盘40。空心筒管10内适于放置加速器盘20，室环30和分配器盘40。室环30插在加速器盘20和分配器盘40之间在其间限定一个腔室50，并且加速器盘20位于分配器盘40的下游。该实施例的节水型扩压器1可至少减小水流量达35％。
图2A和图2B分别表示图1中筒管10的顶视图和侧视图。筒管10有一个上游端12、它通过螺纹14与水龙头或喷淋供水管相连接；筒管10的主体部分16；还有一个下游端18，它的内径比主体部分16的内径要小。
在图2B中，所示的螺纹14为与水龙头或喷淋供水管的内螺纹相匹配的外螺纹。但是，筒管10也可设有与水龙头或喷淋供水管的外螺纹相匹配的内螺纹(未示出)。
筒管10的下游端18可以制成圆形廓面，如图2A所示，或者它还可有一个向内延伸的凸台(未示出)。下游端18相对于筒管10主体部分16内径的较小内径可用来在筒管10内定位加速器盘20，室环30和分配器盘40。
根据用于一标准尺寸水龙头的最佳实施例，筒管10高度约为0.65英寸，在主体部分16处的外径约为0.93英寸，在主体部分16处的内径约为0.83英寸，在下游端18处的内径约为0.81英寸。当然，对于适配非标准的水龙头和喷淋供水管还需有其它相应尺寸。
图3A和图3B分别表示图1实施例中的加速器盘20的顶视图和侧视图，加速器盘20包含若干开在盘上的孔22以在节水型扩压器1的下游产生喷水。
根据一个优选实施例，加速器盘20的直径约为0.82英寸，盘厚度ha约为0.08英寸。各孔22的直径约为0.03英寸，小孔22的总数约为28，这些小孔22的分布使加速器盘20的中心部分没有小孔22。
图4A和图4B分别表示图1实施例中的室环30的顶视图和侧视图。室环30为圆环形，可以做成一个分离的环或做成加速器盘20的有形延伸。
根据最佳实施例，室环30高度hc约为0.25英寸，室环外径约为0.83英寸，室环内径约为0.605英寸。
图5A和图5B分别表示图1实施例中带有一中心孔的分配器盘40的顶视图和侧视图。分配器盘40在盘上开有一中心孔42用于限制节水型扩压器1的水流。分配器盘40可减小水流量至少达35％，且分配器盘40能从节水型扩压器1上卸下，它还能经专门修改或定制而在已知的供水压力下产生一定的水流量。
图6是根据图1实施例中节水型扩压器1内分配器盘40中心孔直径，供水压力和水流量(加仑/分)之间关系的表格。第一排数字表示节水型扩压器1上游处的供水压力(磅/英寸2)而左侧第一行表示分配器盘40的中心孔42的各种直径(英寸)。表格第一排以下的从左第二行到右第一行代表节水型扩压器1下游处的水流量(加仑/分)。例如，由图6看出，在给定的50磅/英寸2的供水压力下，具有0.052英寸直径中心孔42的分配器盘40构成的节水型扩压器1可提供0.5加仑/分的流量。同样，在给定的35磅/英寸2的供水压力下，具有0.063英寸直径中心孔42的分配器盘40构成的节水型扩压器1可提供同样的0.5加仑/分的流量。通过比较，标准的扩压器在同一供水压下也可提供2加仑/分的流量。然而，用户并未察觉流量上的差异。因为在供水压高于60磅/英寸2(图6中未示出)时，对表格中左侧第一行所示的中心孔直径来说，水流量相应都较高。在供水压低于35磅/英寸2(图6未示出)时，对表格中左侧第一行所示的中心孔直径来说，水流量相应都较低。换句话说，为了在供水压高于或低于图6表格中所示的供水压时，保持流量不变，对较高的供水压下则使相应的中心孔直径变小，而对较低的供水压下则相应的中心孔直径变大。
根据一最佳实施例，配合器盘40厚度hd约为0.08英寸而盘外径约为0.82英寸，盘中心孔42直径的范围约为0.025英寸到0.125英寸。
此外，节水型扩压器1还包括位于分配器盘40上游处的垫圈60和分隔片70。如图1所示，为了过滤水中存在的碎质，还可包括一个普通的过滤器网(未示出)。
根据一个最佳实施例，节水型扩压器1可用作一个水龙头扩压器。
根据本发明的另一个实施例，还提供一种在整个多层大楼内产生均匀流量的分水系统，分水系统应考虑到由于重力和距离影响而引起供水的自然压降，这就使大楼内远离供水源的地方的水流量比靠近供水源地方的水流量要较小。图7示意性地示出典型多层大楼内相同尺寸楼层的分布图，由于重力的影响，供水压从一层到另一层会变化。本发明的分水系统利用带有各种中心孔直径的分配器盘40的节水型扩压器1来补偿上述由于重力和距离自然因素的影响。在大楼内特定位置处所选的中心孔直径则取决于该位置处所定的供水压。
图8是本发明一个实施例中的分水系统与典型的分水系统的比较图，该用于一六层大楼的典型分水系统采用了普通的节水型扩压器。其中曲线C表示采用本发明分水系统各层的供水压(磅/英寸2)，曲线a表示本发明分水系统的水流量(加仑/分)，而曲线b表示采用典型分水系统中普通节水装置的水流量(加仑/分)。如图8所示，在本发明分水系统对大楼各层提供均匀水流量的同时，典型的分水系统提供随楼层变化的水流量。此外，本发明的分水系统比典型的分水系统可节约更多水量。
图9描述了根据本发明的一个实施例而对多层大楼各处提供一定均匀流量方法的流程表，首先，在步骤S2的静态条件下，确定大楼各处的供水压。所谓静态条件即为大楼不用水的情况。下一个步骤S4是在动态条件下即正常用水或典型日用水的情况下确定各层楼和各处的供水压，于是，在步骤S6的各层各处情况下，为产生一定的水流量，确定节水型扩压器1中分配器盘40的合适的中心孔直径，再根据大楼各处所定的静态和动态供水压，确定合适的节水型扩压器1，然后，在步骤S8中，在大楼各处安装合适的节水型扩压器1。
用实例来说明，图10是一个六层大楼，随着楼层增高由于重力而影响的供水压降所示出的表格，图中示出，从第一层的主供水压60磅/英寸2降到第六层的38磅/英寸2。再通过选取节水型扩压器的中心孔直径，根据图6表格相似的表格，6层大楼的各层都能提供0.5加仑/分的水流量。
图11是本发明又一实施例的节水型扩压器的组合透视图。根据该实施例，节水型扩压器100包含有一个把扩压器100连到供水管上(未示出)的万向管接头110，一个可动地连到万向管接头110上的上室部分120，一个连到上室部分120的中间室部分130，一个连到中间室部分130的下室部分140和一个连到下室部分140的加速器部分180。
图12是一个分解透视图和图13是图11中扩压器100的剖切侧视图。该扩压器100包括一个分配器盘160和一个放置在扩压器100的下室部分140内的垫圈170。
图14A和图14B分别示出万向管接头110的侧视图和剖切侧视图，此万向管接头110有一个连到供水管(未示出)的上游端112。上游端112设有把万向管接头110连到供水管上的螺纹114或其它装置，所以用户可调节来自扩压器100的输出水方向。该万向管接头110有一个当作枢动接头的球状下游端116，此枢动接头使扩压器100相对于供水管可作不同方向的转动。上述万向管接头110还有一使水从其内流过的空心内腔118。根据一最佳实施例，万向管接头110的上游端112的内径约为0.7英寸其外径约为1.1英寸，万向管接头110的下游端的内径约为0.4英寸而球116的直径D约为1.18英寸。
图15A和图15B分别示出上室部分120的侧视图和剖切侧视图。上室部分120有一个带锥度的上游端122，其内可动地接纳万向管接头110的球116。带锥度的上游端122使上室部分可绕万向管接头110的球116转动而同时仍紧固地连到上室部分120上。上室部分120的下游端124也设有把上室部分120连到中间室部分130的螺纹126，该上室部分120同样有一个使水流过其中的空腔128。根据一最佳实施例，该上游端122的内径约为0.8英寸而下游端的内径约为1.2英寸。
图16A和图16B分别示出中间室部分130的侧视图和剖切侧视图，中间室部分130有一个连到上室部分120的下游端124的上游端132，和一个连到下室部分140的下游端134。此中间室部分130的上游端132和下游端134都设有分别连到上室部分120和下室部分140的螺纹136，138。中间室部分130也有一个使水流过其内的空腔135。根据一最佳实施例，该中间室部分130的内径约为0.95英寸。
图17A和图17B分别示出下室部分140的侧视图和剖切侧视图，下室部分140有一个连到中间室部分130(请见图16A和图16B)下游端134的上游端142，此上游端142也设有连到中间室部分130的螺纹146。下室部分140的下游端144连到加速器部分180。下室部分140也有一个使水流过其内的空腔150，该空腔150又包括一个上段152，一个中段154和一个下段156，而中段154则有一个比上段152直径较小的直径，故而它们之间形成了一个凸台158，另外，下段156则有一个比中段154直径更大的直径。根据一个最佳实施例，下室部分140全高H约1.7英寸，其中，上段152的高度hu约为0.8英寸，上段的直径约为1.2英寸，中段154的高度hM约为0.3英寸，中段的直径约为0.95英寸和下段156的高度hL约为0.6英寸，下段的直径约为2.15英寸。下游端144还设有与加速器部分180相连的螺纹148。
图18A和图18B分别示出分配器盘160的顶视图和剖切侧视图，分配器盘160大致呈环形并在其上开有一定尺寸的中心孔162以限制扩压器100的水流到期望的流量值。分配器盘160可从扩压器100上卸下，它还可专门修改或定制成在给定的供水压力下产生一定的流量。另外分配器盘160还可固定住，以防止损坏扩压器100。根据一最佳实施例，分配器盘的高度hd约为0.2英寸，其外径约为1.2英寸而中心孔162的直径d约为0.08到0.1英寸，虽然稍大和稍小的孔也可适用，而这取决于供水压力。
图19是一个表明图11实施例的节水型扩压器100中分配器盘160的中心孔162，供水压和水流量之间关系的表格。表格第一行数字代表扩压器100上游的供水压(磅/英寸2)，而表格左侧第一排数字则代表分配器盘160的中心孔162的各种直径(英寸)，表格第一行以下的从左第二排到右第一排代表节水型扩压器100下游处的水流量(加仑/分)。
图20是图11的实施例中垫圈170的剖切侧视图。垫圈170有一个由周边台肩部分176构成呈弧形表面轮廓的下游端174和一个使水流过其内的中心通道178。根据一最佳实施例，垫圈170全高约为0.5英寸，中心通道178有锥度，它在垫圈170的上游端直径约为0.155英寸而在垫圈的下游端直径约为0.195英寸。
分配器盘160和垫圈170都位于下室部分140之内，这样垫圈170下游端174的周边台肩部分176压靠在下室部分140的凸台158上，垫圈170的上游端表面172紧邻分配器盘160。如图13所示，借助中间室部分130的下游端134，分配器盘160和垫圈170都固定就位在下室部分140内。另外，一定位环200也可位于分配器盘160的上游。
图21A，图21B和图21C分别示出加速器部分180的顶视图，侧视图和剖切侧视图。加速器部分有一个连到下室部分140的下游端144的上游端182，上游端182设有连到下室部分140的螺纹194。加速器部分180的中心面186开有若干个小孔192以产生来自扩压器100的多流输出。小孔192分布成沿扩压器100的中心线处不开小孔。根据一最佳实施例，弧形槽188开在加速器部分180中心面186的下游侧190上，并且多个小孔192的各孔都位于弧形槽188的各自中心段，弧形槽的半径约为0.15英寸，其宽度约为0.05英寸，最好，小孔192的面积约为0.005英寸2。
根据一最佳实施例，即节水型扩压器100用作一喷淋头扩压器。
通过把本发明的节水型水龙头和喷淋头扩压器结合到本发明的分水系统，在使用户有一个改进的感觉水流速度同时，水耗量就大大地减小，结果即使喷淋头或水龙头成细流情况下，用户不知不觉中洗掉头上的洗发液和盘中的油脂。
由于本发明所节约的成本相当大，在一栋由260套客房组成的大公寓楼每天用水量仅50,000到75,000加仑或每年用水量为27,375,000加仑，每年节约用水达3,000,000到12,000,000加仑，折合节约费用每年达14,000到50,000美元，费用还取决于供水的成本。
上述实施例是本发明的说明实例，不应该认为本发明仅局限于这些特殊实施例，在不偏离下述权利要求书所限定的本发明的精神或范围下，本专业的普通技术人员可进行各种修改。例如，上述的具体尺寸适用于标准尺寸的水龙头和喷淋供水管，这些尺寸也可修改成适应非标准尺寸水龙头和喷淋供水管又不偏离本发明的范围。