JP3254324B2 - ４方向流路切替装置 - Google Patents

４方向流路切替装置

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JP3254324B2
JP3254324B2 JP06437594A JP6437594A JP3254324B2 JP 3254324 B2 JP3254324 B2 JP 3254324B2 JP 06437594 A JP06437594 A JP 06437594A JP 6437594 A JP6437594 A JP 6437594A JP 3254324 B2 JP3254324 B2 JP 3254324B2
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護 松尾
誠 宮田
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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は２系統のガスの流路を切
替えるのに用いて好適な４方向流路切替装置に関する。
更に詳述すると、本発明は、２系統の流路、特に燃焼排
ガスのような高温ガスを流す流路と燃焼用空気のような
低温ガスを流す流路のような温度差のある２系統の流路
を切替えるために用いて好適な４方向流路切替装置に関
する。
【０００２】
【従来の技術】近年、蓄熱体を利用して排ガスから相当
量の熱量を回収し燃焼用空気を予熱する技術が開発され
ている。例えば、バーナに対する燃焼用空気の供給と燃
焼室内からの燃焼排ガスの排気とを蓄熱体を通して交互
に行い、蓄熱体に蓄わえられた燃焼排ガスの熱を使って
燃焼用空気をプレヒートする蓄熱型バーナシステムが提
案されている。
【０００３】このような蓄熱型バーナシステムにおいて
は、蓄熱体に対して高温の排ガスが流れる流路と低温の
燃焼用空気が流れる流路とを切替える４方向流路切替装
置が必要となる。従来、燃焼システムにおけるこのよう
な流路切替装置としては、４個の電磁弁の採用が一般的
で、４箇所の電磁弁を選択的に開閉させることによって
高温ガスと低温ガスの流路を切替え得るように構成され
ている。しかしながら、電磁弁によって構成される流路
切替装置は、高価な電磁弁を多数必要とするため、設備
コストを引上げることとなる。特に、燃焼システムでの
熱交換に適用する場合、より高価な高温用電磁弁を多数
必要とするため、設備コストが高くなってしまう。しか
も、空気配管用電磁弁はかなり大型であるため、これを
４個も必要とすると、かなりの場所をとると共に配管が
２重になって複雑となる問題がある。しかも、空気と排
ガスとの切替えを１分以内の短時間で頻繁に行おうとす
る場合には、電磁弁では耐久性に不安がある。
【０００４】そこで、単一の比較的簡潔な構造の流路切
替手段によって流体の切替を行うことが望まれる。単一
の流路切替手段としては、図３に示すような四方切替弁
１０１を使用することが一般に考えられる。この四方切
替弁１０１は、４つのポート１０２，１０３，１０４，
１０５を有するケーシング１０７内で回動する切替弁子
１０６によって、四つのポート１０２，…，１０５のう
ちの隣同士の２つずつを連通させ、流路を切替えるよう
にしたものである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来の四方弁の構造では、弁の上下（軸方向）および直径
方向に隙間Ｓ１，Ｓ２を設けて弁と本体内径とが接触し
ないようにするか、あるいはその隙間部分にシール機構
を設ける必要がある。特に、２つの流体の間に大きな温
度差がある場合には、高温時に合わせて隙間を設ける必
要があり、必然的に低温時にはその隙間は大きくなり、
弁内において２つの流路がショートパスを起こしてガス
洩れを起こす虞がある。例えば、蓄熱型バーナシステム
に使用する場合、燃焼用空気が四方弁内において排ガス
流路側に絶えず洩れ、またその洩れ量も一定でなくかつ
不明であるため燃焼の空気比を正確にコントロールでき
ないという不利がある。また、シール機構を設ける場合
にはその摩擦によってより大きな駆動力を必要とする。
【０００６】この解決法の一つとしては、図４に示すよ
うなフラッパ方式の４方弁が考えられる。フラッパ式４
方弁２０１は、ケーシング２０６の内側に切替弁子２０
７が回転方向に当接して流体の漏れを防ぐ仕切り２０８
を設けている。切替弁子２０７はその上下および直径方
向にはシールと関係ないので、隙間Ｓ１，Ｓ２を設けて
もその隙間Ｓ１，Ｓ２部分から漏れを起こすことはな
い。更に、２流体の温度が異なる場合にも、隙間Ｓ１，
Ｓ２を設けていることから、切替弁子２０７の伸びや逃
げを充分にとることができるので動作不良の可能性がな
い。ところが、この機構では駆動軸の回転を許容するた
めに軸周辺に隙間Ｓ３が必要であり、そこから漏れが起
こってしまう。これを防ぐには軸部に高価なシール機構
が必要となる。特に、２流体の間の温度差が大きく一方
が高温の場合にはシールが困難あり、かつシール機構が
高価となる。
【０００７】本発明は、２系統の流路、特に温度差のあ
る２つの流体を流す流路間において、単純な構造で相互
に流体の漏れがない４方向流路切替装置を提供すること
を目的とする。また、本発明は高速な流路切替操作が可
能な４方向流路切替装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
め、本発明の４方向流路切替装置は、ケーシング内を略
Ｘ形の仕切壁によって４室に仕切り、そのうちの相対向
する２室を流体の流れ方向が固定されている２系統の流
路に連結される固定室とすると共に残りの相対向する他
の２室を流体の流れ方向が交互に切り替えられる２系統
の流路に連結される切替室とし、略Ｘ形の仕切壁に隣接
する２室を連通させる弁口を設ける一方、４室のうちの
１室に弁口を閉じる弁板とそれを支持して揺動させる駆
動軸とを設けると共に相対向する他方の室に弁口を閉じ
る弁板を設けて弁口を貫通する半円もしくは円形の連結
リングで駆動軸に支持された弁板と連結し、駆動軸の回
転によって揺動する弁板と他方の弁板とを連動させて２
つの固定室を交互に互いに異なる切替室にそれぞれ連通
させるようにしている。
【０００９】また、本発明の４方向流路切替装置におい
て、駆動軸はケーシングのほぼ中心に配置され、略Ｘ形
の仕切壁によって区画される４室のうちの１室が駆動軸
を収容するように仕切壁が形成されていることを特徴と
する。
【００１０】また、本発明の４方向流路切替装置におい
て、２流体間に温度差がある場合、駆動軸は低温側の流
体が流れる室に配置されていることが好ましい。
【００１１】
【作用】したがって、４室のうちの１室に設置された駆
動軸の周りには１系統の流体しか流れない。このため、
駆動軸周辺に隙間が生じても、シール機構がなくとも２
系統の流路の間での流体の漏れは起こらない。
【００１２】
【実施例】以下、本発明の構成を図面に示す実施例に基
づいて詳細に説明する。
【００１３】図１および図２に本発明の４方向流路切替
装置の一実施例を示す。この実施例の４方向流路切替装
置は、略Ｘ形の仕切壁２によってケーシング１内を４室
３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄに仕切り、そのうちの相対向す
る２室例えば室３ｄ，３ｃを流体の流れ方向が固定され
る２系統の流路に連結される第１および第２の固定室と
すると共に、残りの相対向する他の２室例えば室３ａ，
３ｂを流体の流れ方向が交互に切り替えられる２系統の
流路に連結される第１および第２の切替室としている。
ほぼＸ形の仕切壁２の各辺には隣接する２室３ａと３
ｃ，３ａと３ｄ，３ｂと３ｃ，３ｂと３ｄをそれぞれ連
通させる弁口５ａｃ，５ａｄ，５ｂｃ，５ｂｄがそれぞ
れ穿孔され、４つの室３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄが相互に
連通されている。本実施例の場合、仕切壁２は、ケーシ
ング１の中心Ｏを越えて相対向する他方の室例えば室３
ｃ側へ食い込むようにして１室例えば室３ｄを形成する
逆Ｖ字あるいは逆Ｕ字形の壁と、その頂部より下にずれ
た所で斜面に対し直交するように配置された壁とでほぼ
Ｘ形に形成されている。
【００１４】駆動軸８は、４室３ａ，３ｂ，３ｃ，３ｄ
の内のいずれか１室に設けられている。２流体の温度が
異なる場合には低温側の流路に接続されている室に設け
ることが好ましい。これにより、軸受は低い温度に保つ
ことができる。例えば、図１の装置において燃焼用空気
と蓄熱体を通過した後の燃焼排ガスとの流れを切り替え
る場合には、室３ｄに常時低温側流体たる燃焼用空気を
流入させ、室３ｃから高温側流体たる燃焼排ガスを流出
させるようにすることが好ましい。駆動軸８には１つの
弁板６を取り付けて直接駆動する。もう一方の弁板６’
は弁口５ａｃ，５ａｄ，５ｂｄ，５ｂｃを貫通する円形
の連結リング７で駆動軸８に取り付けられた弁板６と連
結されている。これにより、漏れの可能性のある駆動軸
８の周辺の隙間またはシールが不要となる。この機構に
より、弁板の伸びや逃げによる漏れの防止は犠牲となら
ない。
【００１５】弁板６を支持して回転させる回転軸８は、
ケーシング１の中心に図示していない軸受や軸シールな
どを利用して回転自在に設置されている。尚、各弁口５
ａｃ，５ａｄ，５ｂｄ，５ｂｃは弁板６，６’の揺動端
においてそれぞれ完全に閉塞される位置に設けられてい
る。また、第１および第２の固定室３ｄ，３ｃ並びに第
１および第２の切替室３ａ，３ｂには１つずつ流路を連
結するためのポート９ｄ，９ｃ，９ａ，９ｂが設けられ
ている。そして、第１および第２の固定室３ｄ，３ｃに
は流体の流れ方向が固定されている２系統の流路（ダク
ト）がそれぞれ連結され、第１および第２の切替室３
ａ，３ｂには流体の流れ方向が交互に切り替えられる２
系統の流路（ダクト）が連結される。ここで、各弁口５
ａｃ，５ａｄ，５ｂｄ，５ｂｃの縁あるいは弁板６，
６’のいずれか一方もしくは双方にはシール材（図示省
略）を固着し、気密性を高めることが好ましい。本実施
例の場合、弁口５ａｃ，５ａｄ，５ｂｄ，５ｂｃの縁に
は弁板６，６’が押しつけられる面側に突出する平面弁
座４が形成されている。尚、駆動軸８は図示しないアク
チュエータなどによって駆動される。
【００１６】斯様に構成されている流路切替装置による
流路切替は次のようにして行われる。この操作は流れ方
向が逆となった給気系と排気系との２系統を流れ方向が
固定された２系統の流路とした場合について説明する。
【００１７】例えば、第１の固定室３ｄには給気流体例
えば低温の燃焼用空気が流入する一方、第２の固定室３
ｃからは排気流体例えば高温の燃焼排ガスが流出する。
図示の状態では第１の固定室３ｄに導入された流体は仕
切壁２の弁口５ｂｄを通って第２の切替室３ｂに流れ込
み、同室３ｂに連結される図示していないダクトなどを
介して給気が求められる箇所へ供給される。他方、第２
の固定室３ｃには、第１の切替室３ａに連結されている
ダクトを介して排気源などから排気流体が排気系の誘引
ファンなどで吸引され、第１の切替室３ａに導入された
後、弁口５ａｃを介して第２の固定室３ｃを経て同室３
ｃに連結されている流路・排気系へ排出される。
【００１８】次いで、駆動軸８を図１の状態から反時計
方向へ回転させると、弁板６，６’が弁口５ａｄ，５ｂ
ｃから離れてこれらを開放し、弁口５ａｃ，５ｂｄを閉
じる。すると、ポート９ｄから第１の固定室３ｄへ流入
する流体例えば燃焼用空気は弁口５ａｄから第１の切替
室３ａに流入してポート９ａに接続されている流路に供
給される。他方、ポート９ｃからは、ポート９ｂを経て
第２の切替室３ｂへ誘引される排気流体例えば燃焼排ガ
スが弁口５ｂｃから第２の固定室３ｃを通過して排出さ
れる。
【００１９】斯様に構成された流路切替装置による流路
切替は、ケーシング１内の４室が略Ｘ形の仕切壁２によ
って完全に仕切られているため、ケーシング内での２流
路間におけるガス漏れが生じない。
【００２０】このように構成された流路切替装置１は、
例えば蓄熱型バーナシステムに適用することが可能であ
る。
【００２１】尚、上述の各実施例は好適な実施例の１つ
ではあるがこれに限定されるものではなく、本発明の要
旨を逸脱しない範囲において種々変形実施可能である。
例えば、本実施例では駆動軸８に支持された弁板６と支
持されていない弁板６’とを連結するリング７として半
円形のリングを２枚採用して弁板６，６’の前後に固着
して全体で１つの円形のリングを構成するようにしてい
るが、これに特に限定されず、１つの半円形リングだけ
で２つの弁板６，６’を連結するようにしても良い。
【００２２】また、本実施例では、各ポート９ａ，９
ｂ，９ｃ，９ｄにそれぞれ１本づつの流路を連結させる
ことを前提として説明したが、これに特に限定されるも
のではなく、同じ系統の流体を流す流路であれば２本以
上の流路を１つのポートに接続するようにしても良い。
要は１系統の流路を１つの室に接続するのであれば、流
路数が複数であっても何等構わない。
【００２３】また、本実施例では２系統の流体として比
較的高温のガスと低温のガスとを例に挙げて主に説明し
ているが、これに特に限定されるものではなく、冷熱エ
ネルギーを有する流体と常温の流体との流路変更や温度
差がなくとも物性が異なる２流体の流路切替えなどにも
利用できる。
【００２４】更に、本実施例では流体の流れの方向が固
定された２系統として、給気系と排気系といった流れ方
向が逆の２系統を例に挙げて説明しているがこれに限定
されるものではなく、同じ方向に流体が流れる２系統で
あっても良い。
【００２５】更に、本実施例において、弁口５ａｃ，５
ａｄ，５ｂｃ，５ｂｄは各々単一の円形の孔で構成され
ているがこれに特に限定されるものではない。円形以外
の他の形状、例えば四角や三角などの孔であっても良い
し、多数の孔の集団であっても良い。１枚の弁板あるい
は円板の一部分で同時に開閉される孔は複数であっても
１つの孔として認識する。
【００２６】
【発明の効果】以上の説明より明らかなように、本発明
の４方向流路切替装置は、ケーシング内を略Ｘ形の仕切
壁によって４室に仕切り、そのうちの相対向する２室を
流体の流れ方向が固定されている２系統の流路に連結さ
れる固定室とすると共に残りの相対向する他の２室を流
体の流れ方向が交互に切り替えられる２系統の流路に連
結される切替室とし、略Ｘ形の仕切壁に隣接する２室を
連通させる弁口を設ける一方、４室のうちの１室に弁口
を閉じる弁板とそれを支持して揺動させる駆動軸とを設
けると共に相対向する他方の室に弁口を閉じる弁板を設
けて弁口を貫通する半円もしくは円形の連結リングで駆
動軸に支持された弁板と連結し、駆動軸の回転によって
揺動する弁板と他方の弁板とを連動させて２つの固定室
を交互に互いに異なる切替室にそれぞれ連通させるよう
にしているので、４室のうちの１室に設置された駆動軸
の周りには１系統の流体しか流れない。このため、駆動
軸周辺に隙間が生じても、シール機構がなくとも２系統
の流路の間での流体の漏れは起こらない。
【００２７】また、本発明の４方向流路切替装置におい
て、駆動軸をケーシングのほぼ中心に配置し、略Ｘ形の
仕切壁によって区画される４室のうちの１室が駆動軸を
収容するように仕切壁を形成した場合、弁板の揺動が対
称となるため弁構造を簡単にできる。
【００２８】更に、本発明の４方向流路切替装置におい
て、２流体間に温度差がある場合に、駆動軸を低温側の
流体が流れる室に配置すれば、軸受を低い温度に保つこ
とができ耐久性などを向上させ得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の流路切替装置の一実施例を示す中央縦
断面図である。
【図２】図１の流路切替装置の仕切壁と切替弁板との関
係を示す斜視図である。
【図３】従来の四方切替弁を示す概略図である。
【図４】従来のフラッパ弁を示す概略図である。
【符号の説明】
１ ケーシング ２ 略Ｘ形の仕切壁 ３ａ 第１の切替室 ３ｂ 第２の切替室 ３ｃ 第２の固定室 ３ｄ 第１の固定室 ５ａｃ，５ａｄ，５ｂｄ，５ｂｃ 弁口 ６，６’ 弁板 ７ 連結リング ８ 駆動軸
フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−100651（ＪＰ，Ａ) 実開 平１−116276（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F16K 11/00 - 11/24

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ケーシング内を略Ｘ形の仕切壁によって
    ４室に仕切り、そのうちの相対向する２室を流体の流れ
    方向が固定されている２系統の流路に連結される固定室
    とすると共に残りの相対向する他の２室を流体の流れ方
    向が交互に切り替えられる２系統の流路に連結される切
    替室とし、前記略Ｘ形の仕切壁に隣接する２室を連通さ
    せる弁口を設ける一方、前記４室のうちの１室に前記弁
    口を閉じる弁板とそれを支持して揺動させる駆動軸とを
    設けると共に相対向する他方の室に前記弁口を閉じる弁
    板を設けて前記弁口を貫通する半円もしくは円形の連結
    リングで前記駆動軸に支持された弁板と連結し、駆動軸
    の回転によって揺動する弁板と他方の弁板とを連動させ
    て２つの前記固定室を交互に互いに異なる前記切替室に
    それぞれ連通させることを特徴とする４方向流路切替装
    置。
  2. 【請求項２】 前記駆動軸は前記ケーシングのほぼ中心
    に配置され、前記略Ｘ形の仕切壁によって区画される４
    室のうちの１室が前記駆動軸を収容するように前記仕切
    壁が形成されていることを特徴とする請求項１記載の４
    方向流路流路切替装置。
  3. 【請求項３】 ２流体間に温度差がある場合、前記駆動
    軸は低温側の流体が流れる室に配置されていることを特
    徴とする請求項１または２記載の４方向流路流路切替装
    置。
JP06437594A 1994-03-09 1994-03-09 ４方向流路切替装置 Expired - Lifetime JP3254324B2 (ja)

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PCT/JP1995/000391 WO1995024577A1 (fr) 1994-03-09 1995-03-09 Vanne a 4 voies
EP95910780A EP0750144A4 (en) 1994-03-09 1995-03-09 4-WAY VALVE
CA002183966A CA2183966C (en) 1994-03-09 1995-03-09 Four-port valve
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