JP2000130615A - 混合比例弁 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 従来、湯と水を混合して所定温度の混合水を
得るためには、湯と水の混合比率を調節する弁のほか、
湯を最大にし水を最小にしても所定温度の混合水が得ら
れないときのために、混合水の流量を絞り、湯の温度を
上昇させる出湯絞り弁を別に設けることが多く、設備費
が高価なものとなり、また、これを一体化したものでは
構造が複雑となっていた。 【解決手段】 パルスモータ８の駆動で回転と上下動す
るスピンドル１１に、出湯絞り弁２３と湯弁２４を対向
して設けるとともにその間にカム２５を設け、カム２５
に水弁２９のロッド３０を当接させる。スピンドルが降
下しながら回転をするとき、水弁をカムで閉じ、湯弁を
開き混合比を制御する。水弁の全閉し、湯弁の実質的な
全開状態からのスピンドルの更なる降下により、出湯絞
り弁が実質的な閉作動が開始され、その後出湯量は比例
的に減少され、湯は温度上昇する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、給湯器等の熱交換
器から出た湯と水との混合比を調節し、また、出湯量も
比例制御することができるようにした混合比例弁に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】給湯器等の熱交換器から出た湯と水とを
混合し、適温にして供給する際には、互いに対向する２
個の流入口と各流入孔に設けた弁座、及び各流入口間に
配置した１個の出口とを備えた弁本体を有する３方弁を
用い、相対向する各流入口の弁座にそれぞれ当接する弁
を備えた弁体を弁本体内で摺動自在に設け、この弁体の
摺動により片側の弁座の開口が減少すると他側の弁座の
開口が増加するようにし、この弁体を手動のレバーやコ
ック等により作動することによって、湯と水の混合比を
調節して混合水を供給する混合弁が用いられている。

【０００３】上記のような混合弁を用いて、手動でその
温度を所定の値に調節することは、湯の温度変化、水量
の変化等により困難なため、これを自動的に調節するこ
とも行われており、弁本体から出る湯の温度を検出して
駆動制御されるモータを用い、モータの回転によって上
記弁体を弁本体内で摺動させたものも用いられている。

【０００４】一方、給湯器等の熱交換器には能力の限界
が存在し、熱交換器として、あまり大きなものを用いる
ことができないときには、冬等の寒冷時に流入する水道
水の温度が低温となっている時、混合弁の湯供給側の弁
を最大に解放し、混合する水の量をゼロとしても、なお
所定の温度迄上昇しないことがある。この時、湯の温度
を上昇させるには、一定の熱量を供給している熱交換器
を通る水の量を減少することにより、熱交換器から出る
湯の温度を上昇させることができるので、上記の対策と
して、熱交換器側の流路中に比例弁としての出湯絞り弁
を設け、温度に応じて出湯量を変えるようにしている。
また、他の対策として、出湯絞り弁の弁として特殊な穴
角度のボール弁を用い、湯側の水量調整を可能としたも
のも提案されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来の装置におい
て、湯と水の混合比を調節する混合弁を設けて温度に応
じて混合比を変え、更に熱交換器側の流路中に比例弁と
しての出湯絞り弁を設け、温度に応じて出湯量を変える
ようにしたものにおいては、流路中に混合弁と出湯絞り
弁の２個のバルブを使用することになるため、設備費が
高価なものとならざるを得ない。また、上記のような特
殊な穴角度のボール弁を用い、湯側の流量調整を可能と
したものにおいては、このボール弁で絞られる流体の音
が大きく、騒音を発生するとともに、湯と水の混合特性
や水量特性を変更したいとき、その調整がきわめて困難
であるという欠点を有していた。上記欠点を解消するた
め、流体の管路を並列に複数設けて流量を大きくするこ
とも考えられるが、その際には機構が複雑になり、その
設備費も高価なものとなる。

【０００６】したがって、本発明は、湯と水を混合する
混合弁と流出湯量を比例制後する出湯絞り弁の機能を１
つの装置により行うことができるようにし、簡単な構成
で安価な装置とすることができる混合比例弁を提供する
ことを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記課題を解
決するため、駆動装置により回転及び軸方向に摺動自在
に設けられ、出湯絞り弁、湯弁、カムを備えたスピンド
ルと、混合水出口、湯入口、水入口、該混合水出口に設
けた第１弁座、第１弁座に対向して湯入口に固定した弁
保持部に設けた第２弁座、水入口に設けた第３弁座を備
えた弁本体と、弁本体に対して摺動自在に支持され一端
がスピンドルのカムに当接するように付勢されたロッ
ド、弁部を備えた水弁とにより混合比例弁を構成したも
のである。

【０００８】

【作用】本発明は、上記のように構成したので、駆動装
置によりスピンドルが回転するとカムが回転し、それに
よりカムに当接する水弁が開閉すると共に、同時にスピ
ンドルが軸方向に摺動することにより湯弁が連動して開
閉し、更に、出湯絞り弁も連動して開閉させることがで
きる。スピンドルの上記作動により、最初水と湯の混合
比を変えて湯の温度制御を行い、水の量がゼロとなった
後には出湯絞り弁により出湯量を比例的に変え、出湯温
度を制御させる作動を行うことができるようになり、湯
と水の混合比の調整弁と、出湯流量の比例制御を行う出
湯絞り弁との機能を、１つの装置により簡単な構成で達
成することができ、安価な混合比例弁装置とすることが
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】本発明の実施例を図面に沿って説
明する。図１は本発明の実施例の断面図であり、弁本体
１には図中下方で曲折されて横方向を向いている混合水
出口２と、混合水出口２の開口方向と反対方向に開口し
ている水入口３と、弁本体の上方に設けられ図１におい
て一部正面図として図示されている湯入口４とを備えて
いる。弁本体１には、また、混合水出口２部分に第１弁
座５が、湯入口４部分に第２弁座６が、水入口３部分に
第３弁座７が、各々形成されており、第１弁座５と第１
弁座に対向して湯入口に固定した弁保持部に設けた第２
弁座６は互いに対向しているとともに、第３弁座７は弁
本体１の外部に向けて形成されている。弁本体１の上端
部にはパルスモータ８をボルトにより固定し、パルスモ
ータ８から下方に延びる弁保持部１０は、弁本体１の上
端開口から弁本体内に挿入されている。

【００１０】水入口３の側部には管継手９を固定してお
り、図７の流体回路図にも示すように、管継手９の下端
部に設けた水流入孔１２には水道管と連結される水流入
口１２が、上端部には温水器の熱交換器４２と連結され
る熱交換器側出口１３が、また側部には、前記水入口３
と連結され、水流入口１２からの水を、熱交換器４２を
バイパスして混合比例弁１８に供給する水バイパス口１
４を備えている。なお、図１の実施例においては、流量
計１５が水流入口１２の近傍に設けられ、水流を受けて
回転する羽根１６に設けた永久磁石の回転を、管継手９
の外部に固定したリードスイッチ、ホール素子等により
検出し、総供給水量を検出している。

【００１１】弁本体１内には、スピンドル１１が上下動
可能で且つ回転可能に収納されており、スピンドル１１
の上端部に形成した連結部１７は、パルスモータ８の駆
動軸と連結している。スピンドル１１の連結部１７は雄
型セレーションが形成され、駆動軸の下端に形成された
略同形状の雌型セレーションにより、上下方向に摺動自
在に嵌合している。スピンドル１１の連結部１７の下部
外周には雄ねじ部２１が形成され、弁保持部１０の内周
に形成した雌ねじ部２２と螺合している。雄ねじ部２１
と雌ねじ部２２のねじのピッチは、図示実施例において
は、スピンドルが１８０度乃至３６０度回転することに
より、スピンドル１１の所定の上下動ストロークの全て
が行われる程度に設定している。

【００１２】スピンドル１１の下端には、前記混合水出
口２部分に設けた第１弁座５に対向して、弁からの出湯
量を調量する出湯絞り弁２３が形成され、スピンドル１
１の中間部には湯入口４部分に設けた湯調量弁としての
湯弁２４が形成されており、出湯絞り弁２３は下方に、
また、湯弁２４は上方に各々弁座当接部分が形成されて
いる。スピンドル１１の出湯絞り弁２３と湯弁２４間の
軸にはカム２５が形成され、このカムは図中実施例のも
のにおいては最大高さ部分から基円部迄略１２０度程度
に形成されている。

【００１３】弁本体１の水入口３における第３弁座７部
分は、図２に一部拡大図として示しているように、中心
部にガイド孔２６を備えた軸支部２７を複数の支持体２
８によって支持して設けており、支持体２８の周囲には
水が自由に流通できる流通孔３０が形成されている。軸
支部２７のガイド孔２６には、水調量弁としての水弁２
９のロッド１９が摺動自在に支持されており、水弁２９
はロッド１９と一体に形成され、その周囲にには弁部３
１を形成している。

【００１４】水弁２９のロッド１９の一端は、図１及び
図２に示す状態においてスピンドル１１に設けたカム２
５に当接し、また、ロッド１９の他端部には逆止弁３３
を摺動自在に支持している。逆止弁３３の背面３４と、
これに対向する水弁２９の背面３５間にはスプリング３
６が縮設され、それにより水弁２９は第３弁座７に、ま
た逆止弁３３は管継手９の水バイパス孔１４に形成した
第４弁座３７に各々当接する方向に付勢されている。な
お、図１及び図２に示す状態においては、スプリング３
６により逆止弁３３は第４弁座３７に押しつけられ、水
弁２９はこれと一体に形成されたロッド１９がカム２５
に押しつけられて、水弁２９は第３弁座７から離れてい
る。

【００１５】上記のように構成した混合比例弁１８が図
１に示す状態においては、スピンドル１１は最も上方に
移動しており、この時、スピンドル１１に形成したカム
２５は、水弁２９のロッド１９に対して最も突出した位
置の部分で停止している。それにより、スピンドルの出
湯絞り弁２３は全開となり、湯弁２４は第２弁座６に密
着して全閉となり、また、ロッド１９がカム２５により
スプリング３６に抗して押され、水弁２９の弁部３１は
第３弁座７から最も離れて全開となっている。この時、
混合水出口２に連結した給湯管４１の下流において湯の
使用状態にないと、混合水出口２から水は流出せず、ま
た、管継手９の内部と弁本体１の内部とは等圧のため、
逆止弁３３は、スプリング３６に押圧されて第４弁座３
７と密着している。この逆止弁３３は、給湯機使用直
後、熱交換器の中には、余熱で温度が上昇した高温の湯
が存在し、この湯がバイパスを通じて対流し、熱交換器
の中の湯温が低下するのを防ぐことができる。

【００１６】図１に示す状態から給湯管４１において湯
の使用状態となると、水流入孔１２から管継手９内に水
が流入し、一方は管継手９の熱交換器側出口１３から熱
交換器４２内に流入し、他方は水バイパス孔１４からそ
の水道圧によって逆止弁３３をスプリング３６に抗して
解放し、水弁２９の周囲を通って流通孔３０から弁本体
１内に流入する。この状態は図３に示されている。この
時、熱交換器側に流入した水は、湯弁２４が閉じられて
いるので混合比例弁１８内に流入することはなく、した
がって、この状態で混合水出口側の図示されない弁が解
放されると、全開している水弁２９からの水のみが混合
比例弁１８から流出する。これは、図６において、パル
スモータ８の駆動パルスが零で、モータが作動していな
いＡの状態として示されている。

【００１７】次いで、パルスモータ８に駆動パルスを供
給すると、モータの駆動軸が回転し、この駆動軸の雌型
セレーション２０に挿入されているスピンドル１１の雄
型セレーションを備えた連結部１７の連結によりスピン
ドル１１は回転する。セレーション２０とスピンドル１
１の連結部とは回転不能で且つ上下動自由に連結されて
いるので、弁保持部１０に形成した雌ねじ部２２とスピ
ンドル１１の雄ねじ部２１との螺合によってスピンドル
１１は降下し、湯弁２４は第２弁座６から離れて弁を徐
々に開き始める。また、スピンドル１１の回転により水
弁２９のロッド１９に当接するカム２５の高さは低くな
るので、水弁２９は水道圧を背面３５に受け、また水流
の動圧によって、更にスプリング３６の押圧力によりカ
ム２５の表面に沿ってスピンドル１１側に移動し、水弁
２９の弁部３１は第３弁座７側に移動し、閉弁作用をな
す。このような作動はパルスモータへのパルスの増加と
ともに行われ、混合比例弁流量特性を示す図６におい
て、ＡからＢのように推移する。すなわち、水は水弁２
９により最初急激に絞られ、その後徐々にその変化は少
なくなり、一方、湯は湯弁２４により最初徐々に開放
し、その後開放の変化は少なくなる。その結果、湯と水
の混合した混合水の流量は図中破線で示すように変化す
るが、熱交換器に与える熱量が一定であるので、熱交換
器に流入する水量が減少して湯の温度が上昇しても、そ
の分だけ水の量が多くなるので混合水の温度は変わら
ず、逆に、熱交換器に流入する水量が増加して湯の温度
が低下しても、その分だけ水の量が減少するので混合水
の温度は変わらず、いずれにしても混合水の温度は一定
となる。

【００１８】図６において、パルスモータ８へのモータ
駆動パルスがＡからＣまでの間にスピンドル１１は最大
で３６０度回転することとなるので、図６のように作動
する実施例においては、ＡからＢの間をスピンドルが１
２０度以内で作動するように設定している。パルスモー
タ６への駆動パルスの供給により、スピンドル１１は上
記のように回転及び降下を行い、図示実施例のものにお
いては、上記のようにモータ駆動パルスがＢにおいて、
カム２５は最も低い基円部分に達し、この時水弁２９の
弁部３１は第３弁座７に密着し、水の供給を停止する。
一方、湯弁２４はこれ以上開放しても流量が増加しない
実質的な最大開度に達している。また、出湯絞り弁２３
は次第に第１弁座５に近づくが、第１弁座５からは充分
に遠いので、実質的な弁作動は行われず、閉弁作用は行
わない。各弁のこの位置は図４に示され、また、図６に
おいてＢの位置として示されている。即ち、図６におい
て、水は水弁全閉により水の流量はゼロとなり、湯は湯
弁がこれ以上開放しても流量が増加しない実質的な全開
により、水弁と湯弁によっては流量の変化しない領域に
入る。なお、逆止弁３３はオリフイス３２を流れる水流
によりスプリング３６に抗して第４弁座と離れて弁を開
放している。

【００１９】更にパルスモータへ駆動パルスを供給する
と、水弁の全閉状態、及び湯弁の実質的な全開の上記状
態は変化せず、それに対して、出湯絞り弁２３が第１弁
座５に近接するため、混合水出口２から水が混合してい
ない出湯量は次第に低下する。これは図６においてＢか
らＣまでの状態であり、パルスモータへの駆動パルス数
と混合水の変化は比例関係にあり、比例弁として作用す
る。最終的には、図５に示すように、出湯絞り弁２３は
第１弁座５に密着し、混合水出口からの流量は零とな
る。また、この時カム２５は、少なくとも未だ水弁２９
のロッド１９に乗り上げることはなく、したがって図６
におけるＡからＣまでの間は、スピンドル１１の回転で
は３６０度以内であり、この３６０度以内の回転の間に
スピンドル１１は湯弁の全閉状態から出湯絞り弁の全閉
状態までの全行程を移動する。

【００２０】水弁の全開、湯弁の全閉状態からの上記作
動において、図６におけるＡ−Ｂ間は、モータへの駆動
パルスを変化しても湯と水の混合水の量には多少の変動
はあるものの大きな変化はない。一方、給湯器の使用直
後で熱交換器の中に高温の湯が存在し、更に余熱で温度
が上昇していると、その温度を検知してパルスモータへ
のパルスの増減制御が行われ、常時熱交換器の温度に応
じた混合状態となるように待機しているので、どのよう
な時に栓を開放して湯を使用しても、混合湯は一定温度
を維持することができる。したがって、シャワーの温度
が熱くなったり冷たくなったりする「冷水サンドイッチ
現象」を解消することができる。したがって、混合水の
温度を検出し、その出力に応じてモータへの駆動パルス
を制御することにより、混合水の量は大きな変化なし
に、混合水の温度を所定の温度に維持することができ
る。

【００２１】また図６のＢ−Ｃ間は、モータへの駆動パ
ルスの増加に比例して出湯流量は減少し、常時一定の熱
量を与えている熱交換器へ供給される水の量が減少する
ため、熱交換器からの湯の温度は上昇する。このＢとＣ
間においては、モータへの駆動パルスを減少すると、当
然上記と逆の作用をなし、混合水の温度は低下する。し
たがって、例えば冬季において、湯の比率を最大にし、
すべて湯の状態にしても、なお混合水が充分な温度に達
しないときにおいて、本発明では、モータへの駆動パル
スを更に増大することにより出湯量は低下するものの、
出湯温度は次第に上昇し、所定の希望温度とすることが
できる。そのため、この間においても、出湯温度を検出
し、その出力に応じてモータへの駆動パルスを制御する
ことにより、出湯温度を所定の温度に維持することが可
能となる。

【００２２】本発明は上記実施例として示した混合比例
弁に限られることはなく、例えば、逆止弁３３を用いる
ことがなくても、本発明の基本的な上記作動を行うこと
ができることは当然であり、逆止弁３３を設けるに際し
ても、水弁２９の上流側の任意の箇所に各種の形態で設
けることができ、また、スピンドル１１に設けるカム２
５の位置は出湯絞り弁２３と湯弁２４間に限らず任意の
位置に設けることができる。更に、スピンドル駆動装置
としてパルスモータを用いることなく、直流モータ等任
意のモータを使用することができる。

【００２３】

【発明の効果】本発明は、上記のように構成したので、
モータによるスピンドルの回転及び上下動により、最初
は水と湯の混合比を変えて温度調節を行い、混合比が一
定となった後には、出湯絞り弁により出湯量を比例的に
変えることにより熱交換器への水量調節を行って、出湯
温度の調節を行うことができるようになり、湯と水の混
合比の調整弁と、出湯量の制御を行う出湯絞り弁との機
能を、１つの装置により簡単な構成で達成することがで
き、安価な混合比例弁とすることができる。更に、スピ
ンドルに弁を形成することにより、従来の球形弁等を用
いたものと比較して、弁を通る水流による騒音を減少さ
せることができる。

【００２４】また、水入口に逆止弁を設けたものにおい
ては、給湯機の使用直後おいて、熱交換器の中には余熱
で温度が上昇した高温の湯が存在し、この湯がバイパス
を通じて対流し、熱交換器の中の湯温が低下することを
防ぐことができる。逆止弁をロッドの他端に摺動自在に
設けたものにおいては、逆止弁を水弁と一体化して全体
を小型にすることができる。水弁と逆止弁との間にスプ
リングを縮設し、水弁を第３弁座側に、逆止弁を第４弁
座側に付勢したものにおいては、１つのスプリングによ
り水弁と逆止弁の両弁を閉弁方向に付勢することがで
き、部品の共通化により安価なものとすることができる
ばかりでなく、小型の弁装置とすることができる。

【００２５】弁本体の水入口に管継手を連結し、両者間
に水弁と逆止弁を配置したものにおいては、弁本体と管
継手の分離部分に水弁や逆止弁等が配置され、これらの
部品のメンテナンスが容易となる。逆止弁に当接する第
４弁座を管継手に形成したものにおいては、弁本体に集
中する弁座を分散することができ、その製造が容易とな
る。管継手の水入口に流量計を固定したものにおいて
は、混合比例弁全体が流量計を含めてユニット化され、
小型化することができ、且つ製造が容易となる。スピン
ドルの出湯絞り弁と湯弁との間にカムを形成してたもの
においては、出湯絞り弁と湯弁とのスペースを有効利用
でき、混合比例弁全体を小型化することができる。スピ
ンドル駆動装置としてパルスモータを用いたものにおい
ては、湯と水の混合比制御、及び出湯絞り弁の比例制御
を正確に行うことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の非通水状態を示す断面図であ
る。

【図２】同実施例の一部拡大断面図である。

【図３】本発明の実施例の作動を示す要部断面図であ
り、湯弁全閉、水弁全開、出湯絞り弁全開の通水状態を
示している。

【図４】同湯弁全開、水弁全閉、出湯絞り弁全開の通水
状態を示している。

【図５】同湯弁全開、水弁全閉、出湯絞り弁全閉に非通
水状態を示している。

【図６】本発明の混合比例弁の流量特性図である。

【図７】本発明の混合比例弁を適用する例の流体回路図
である。

【符号の説明】

１ 弁本体 ２ 混合水出口 ３ 水入口 ４ 湯入口 ５ 第１弁座 ６ 第２弁座 ７ 第３弁座 ８ パルスモータ ９ 管継手 １０ 弁保持部 １２ 水流入口 １３ 熱交換器側出口 １４ 水バイパス口 １５ 流量計 １６ 羽根 １１ スピンドル １７ 連結部 １８ 混合比例弁 １９ ロッド ２０ セレーション ２１ 雄ねじ部 ２２ 雌ねじ部 ２３ 出湯絞り弁 ２４ 湯弁 ２５ カム ２６ ガイド孔 ２７ 軸支部 ２８ 支持体 ２９ 水弁 ３０ 流通孔 ３１ 弁部 ３２ オリフイス ３３ 逆止弁 ３４ 背面 ３５ 背面 ３６ スプリング ３７ 第４弁座

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 駆動装置により回転及び軸方向に摺動自
   在に設けられ、出湯絞り弁、湯弁、カムを備えたスピン
   ドルと、 混合水出口、湯入口、水入口、該混合水出口に設けた第
   １弁座、第１弁座に対向して湯入口に固定した弁保持部
   に設けた第２弁座、水入口に設けた第３弁座を備えた弁
   本体と、 弁本体に対して摺動自在に支持され一端がスピンドルの
   カムに当接するように付勢されたロッド、弁部、弁部を
   バイパスするオリフイスを備えた水弁とからなることを
   特徴とする混合比例弁。
2. 【請求項２】 カムの回転により水弁が閉側に移動し、
   同時にスピンドルの軸方向の移動により湯弁が開側に移
   動して湯と水の混合比を変えると共に、水弁が全閉し湯
   弁が実質的に全開後に出湯絞り弁が実質的な閉作動を開
   始し、さらにスピンドルの軸方向の移動により出湯量を
   減少するように、各弁及びカムを設定してなる請求項１
   記載の混合比例弁。
3. 【請求項３】 水入口に逆止弁を設けてなる請求項１ま
   たは請求項２記載の混合比例弁。
4. 【請求項４】 逆止弁をロッドの他端に摺動自在に設け
   てなる請求項３記載の混合比例弁。
5. 【請求項５】 水弁と逆止弁との間にスプリングを縮設
   し、水弁を第３弁座側に、逆止弁を第４弁座側に付勢し
   てなる請求項３または請求項４記載の混合比例弁。
6. 【請求項６】 弁本体の水入口に管継手を連結し、両者
   間に水弁と逆止弁を配置してなる請求項３乃至請求項５
   のいずれかに記載の混合比例弁。
7. 【請求項７】 逆止弁に当接する第４弁座を管継手に形
   成してなる請求項３乃至請求項７のいずれかに記載の混
   合比例弁。
8. 【請求項８】 管継手の水入口に流量計を固定してなる
   請求項６または請求項８に記載の混合比例弁。
9. 【請求項９】 スピンドルの出湯絞り弁と湯弁との間に
   カムを形成してなる請求項１乃至請求項８のいずれかに
   記載の混合比例弁。
10. 【請求項１０】 スピンドル駆動装置としてパルスモー
    タを用いてなる請求項１乃至請求項９のいずれかに記載
    の混合比例弁。