JP3738289B2 - 形状記憶合金を用いた三方切換弁 - Google Patents

形状記憶合金を用いた三方切換弁 Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、流体温度により三方弁を切り換えるに際し、形状記憶合金を用いて切り換えるようにした三方切換弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
1つの弁本体に出入口を3個設け、その一つを流体の入口とし、他の2個を流体出口として、内部の弁体の作動により、一つの入口から流入する流体を、いずれかの出口に選択的に切り換えるようにした三方弁が種々の分野で用いられている。このような三方弁の使用例として例えば図5に示すようなものが存在する。
【0003】
即ち、水道水の供給路51を四方弁52の第1流入口53に接続し、第1排出口54からの接続管路に活性炭を収容した浄水器本体55を接続し、その流出路56を三方切換弁57の入口58に接続し、この三方切換弁57の第1排出口60を前記四方弁52の第2の流入口61に接続し、これを第2排出口62から浄水として供給するようにしている。このような浄水器を用いたものにおいては、浄水器の長期間の使用により、水中の有機物等が活性炭に付着し次第に目詰まりし、また、活性炭の機能が低下してくるので、浄水器本体55に設けた加熱器を作動させ、活性炭に高温水を供給することによりフイルタの活性化と浄水器の洗浄を行うようにしている。このとき、浄水器本体55から排出される温水は汚染されているので、別の排水系統から排出することが好ましく、そのため、三方切換弁57を切り換えて、入口58からの温水を三方切換弁57の第2排出口63から配水管64に排出するようにしている。
【0004】
このような装置に用いる三方切換弁においては、浄水器本体55に内蔵された加熱器を作動させたときに第1排出口60から第2排出口63に流路を切り換える必要があるが、そのために、加熱器の作動を検出し、あるいは浄水器本体55からの流体の温度を検出し、電磁装置により三方切換弁57を切り換えるようにすると、多くの部品及び制御装置が必要となり、高価なものとならざるを得ない。その対策として、温度によって自動切り換えする三方弁として、形状記憶合金バネを用いた三方切換弁が注目されている。
【0005】
一方、従来より、所定温度で自動的に三方弁を切り換えるために、上記の分野に限らず、種々の分野でその必要性があるため、形状記憶合金バネを用いた三方弁が種々提案されている。その例として例えば実開昭59−51265号公報に示されるような三方切換弁が提案されている。この三方切換弁は、円筒状の弁本体内の中央の側壁に入口を設け、弁本体の一方の端面には第1排出口を、他方の端面には第2排出口を設け、弁本体内には両端に両排出口に対向する弁を備えた弁体を、中央の支持部で支持した状態で摺動自在に設け、この弁体に対して常時一方の排出口方向に付勢するバイアスバネを設け、更に所定温度以上では上記バイアスバネよりも強いバネ定数を有する形状記憶合金製バネを対向して設けたものであり、それにより、所定温度以下ではバイアスバネにより一方の排出口は弁体で閉じられ、他方の排出口は開放しており、流体の温度が所定温度以上になると形状記憶合金製バネが強いバネ定数となることにより、バイアスバネの付勢力に抗して前記一方の排出口を開放し、他方の排出口を閉鎖することにより、流路を切り換えるようにしている。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
上記のような従来の形状記憶合金バネを用いた三方切換弁において、特に、前記のような浄水器の管路中に上記三方切換弁を設けた際には、排水モードから所定温度以下に下降して形状記憶合金バネの作動で流路を切り換え、浄水モードに切り換わる時には、最初は入口の圧力が高く、排水路の圧力が低い状態から、弁が切り換った瞬間、浄水側の弁が開くので、排水路の圧力の方が高くなるため、管内において脈動を生じ、弁体が開閉を繰り返すハンチング現象を生じ、振動、騒音が発生することとなる。これは水流が弁口に当たることにより生じるウオータハンマ現象であると解されている。
【0007】
したがって、本発明は、形状記憶合金製ばねを用いた三方切換弁の作動時に、振動、騒音を発生することのない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】
本発明は上記課題を解決するため、1つの入口と第1及び第2の排出口を設けた弁本体中に、両端に両排出口に対向する弁を備えた弁体を摺動自在に設け、この弁体に対して第1の排出口方向を開き第2排出口を閉じるように付勢するバイアスバネを設け、このバイアスバネに対向して、所定温度以上では上記バイアスバネよりも強いバネ定数となる形状記憶合金製バネを設け、上記所定温度以上では第1排出口を閉じ第2排出口を開くようにした形状記憶合金製バネを用いた三方切換弁において、第1排出口側流路中に流路緩衝部を設けたものである。
【0009】
【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、1つの入口と第1及び第2の排出口を設けた弁本体中に、両端に両排出口に対向する弁を備えた弁体を摺動自在に設け、該弁体に対して第1排出口方向を開き第2排出口を閉じるように付勢するバイアスバネを設け、該バイアスバネに対向して、所定温度以上では上記バイアスバネよりも強いバネ定数となる形状記憶合金製バネを設け、上記所定温度以上では第1排出口を閉じ第2排出口を開くようにした形状記憶合金製バネを用いた三方切換弁において、第1排出口側流路中に十字形仕切りを有する第1摺動部を設け、弁本体に設けた第2排出口から延び第2摺動孔内で摺動自在であり前記第2摺動孔側に十字形仕切りと第2排出口側に十字形仕切りを有する円筒弁とからなる第2摺動部を設けた形状記憶合金を用いた三方切換弁に構成したものである。
【0010】
【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は本発明の第1実施例を示し、三方切換弁自体としてはその作動の原理は前記従来のものと同様であるが、これを更に改良したものを示している。即ち、円筒状の弁室1を有する弁本体2には、その側壁に流体の入口3を設け、第1端面4には第1排出口5を設けている。弁本体2の第2端面6側は開口しており、これに対して、フランジ7を設けた排出口部材8をそのフランジ7を端面に当接してねじ10で固定している。排出口部材8にはL字状の排水路11を形成しており、Oリング12を設けて弁室1内に挿入した端部13に開口した第2排出口14が設けられている。第2排出口14の周囲には主弁座15が形成されている。弁室1内には、周囲に充分の流路を確保して円筒状弁室内で軸線方向に摺動する弁体16を備えており、弁体16の両端には先端が十字形仕切り19を有する第1摺動部17と第2摺動部18が円盤部20,21から延びており、第1摺動部17は弁本体2の第1端面4に形成した第1摺動孔22内で、また、第2摺動部18は排出口部材8の第2排出口14部分から延びる第2摺動孔23内で摺動可能となっている。また、各摺動部17,18は十字形仕切り19を有するので、この部分には充分な流体流路が形成される。
【0011】
第1摺動部17の基部24には第1シールリング25が、また、第2摺動部18の基部26には第2シールリング27が設けられている。更に、弁体16の中央部にはバネ受け28が設けられ、このバネ受け28の片側面と弁室1内の第1端面4側内面との間にはバイアスバネ30を縮設しており、バネ受け28の他側面と弁室内に挿入された排出口部材8の端面との間には、形状記憶合金バネ31が設けられている。
【0012】
この形状記憶合金バネ31は、低温状態ではそのバネ定数は小さく、したがって、バイアスバネ30の付勢力によって押し縮められており、弁体16は図示の状態となっている。また、流体が所定の温度以上となると、その形状記憶状態となり、バネ定数が大きくなるため、バイアスバネ30に抗して弁体16を逆側に摺動させる。また、排出口部材8の接続管32内には、弁室側からの流体の流れを許容し、逆側からの流体の流れを遮断する逆止弁33が設けられている。
【0013】
上記のような三方切換弁34を図5に示す流体路中の三方切換弁として用いる際には、浄水器の通常使用状態においては、前記のように水道水が四方弁52を介して浄水器本体55を通り、三方切換弁の弁体16が上記のように形状記憶合金バネ31のバネ定数が周囲の低温によって小さくなっているため、図1に示す状態となっており、三方切換弁の弁本体2の第1排出口5側を通り、更に四方弁52内の他の流路から浄水として供給される。
【0014】
浄水器の長期間の使用により、活性炭の機能が低下してきたときには、前記のように浄水器本体55内に設けた加熱器を作動し、活性炭内の水は沸騰状態(100℃)まで加熱される。三方切換弁の切り換え温度は40℃位であるので、40℃以上の水が流れた場合、三方切換弁が切り換わる。このとき活性炭からは流出される流体は活性炭を浄化した後のため汚染されている。この流体が三方切換弁の入り口から弁室内に入ると、弁室内の形状記憶合金バネ31はその温度で形状記憶状態になるように設定されているので、形状記憶合金バネのバネ定数は大きくなり、その力によってバイアスバネの付勢力に抗して弁体を第1排出口5側に移動させる。
【0015】
それにより、第1排出口5は第1シールリング25によって閉じられ、逆にそれまで第2シールリング27によって閉じられていた第2排出口14は開放され、活性炭が浄化される。浄水器本体55内の加熱器が不作動になり、形状記憶合金バネのバネ定数は小さくなり、バイアスバネの付勢力によって弁体を第2排出口5側に移動される。このとき、弁体16の両端に設けた第1摺動部17及び第2摺動部18が第1摺動孔22及び第2摺動孔23内で摺動するとき摩擦力が発生するので、弁体の急速な移動は防止され、流体の流れの緩衝作用を生じる。
【0016】
このような弁体の摩擦力の作用に関わらず、水道管に連通している給水管路の圧力が高く、また、配水管路が長いため排水抵抗が大きいときには、弁体の移動により管路中にウオーターハンマ現象を生じることが考えられる。このようなウオータハンマ現象が生じると、管路内の流体が脈動を生じることとなるが、排出口部材8の接続管32内には、弁室側からの流体の流れを許容し、逆側からの流体の流れは遮断する逆止弁33を固定しているので、管路中には一方向の流れのみを許容し、且つ流体の流れを緩衝するため、上記のウオータハンマ現象による流体の脈動の発生を防ぐことができ、弁体がその脈動により図中左右動して弁の開閉を繰り返すことによる騒音の発生も防ぐことができる。
【0017】
図2乃至図4は本発明の他の実施例を示す。この三方切換弁においては、図3に示すように前記図1の三方切換弁における第2摺動部18を延長し、その先端に十字形仕切り19を有する円筒弁40を設けている。これにより、第2シールリング27による第2排出口14の閉鎖時には、この円筒弁40は、排出口部材8の第2接続管32の開口41をその円筒面で閉鎖している。この第2接続管32内にも、図1の実施例と同様に逆止弁33を設けることができる。
【0018】
この実施例においては、図2に示す第1排出口5の閉鎖、第2排出口14の解放の状態から、浄水器の温度低下により入口からの温水が遮断されると、形状記憶合金バネが作動して前記実施例と同様に弁体16が左方向に移動する。このとき、第2摺動部18に設けた円筒弁40は、開口41を横切る方向に開閉するので、シールリング27部分が弁座15に対して閉じるのと比較して充分に遅く閉じ、それにより、流体管路中に大きな圧力変化を生じるのを防ぐことができ、前記のようなウオータハンマ現象の発生を防止することができる。この三方切換弁は、弁体16の移動により、弁体16が左方向へ移動し、図4に示す状態となって、排水モードから浄水モードに切り換わり、浄水器本体55からの流体を浄水側に流すことになる。
【0019】
また、図1の実施例と同様に、この実施例においても、排出口部材8の接続管32内に、弁室側からの流体の流れを許容し、逆側からの流体の流れは、遮断する逆止弁33を設けることにより、更に流体に対する緩衝効果が向上する。
【0020】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成したので、形状記憶合金製ばねを用いた三方切換弁の作動時に、流体管路中の急激な圧力変動を防止することができ、ウオータハンマ現象を防止でき、振動、騒音を発生することを防止することができる。
【0021】
流路緩衝部として逆止弁33を設けることにより、弁室側からの流体の流れを許容し、逆側からの流体の流れは遮断され、更に流体に対する緩衝効果が向上する。
【0022】
流路緩衝部が十字形仕切りを有する摺動部からなるものは、摺動孔内で摺動するとき摩擦力が発生するので、弁体の急速な移動は防止され、流体の流れの緩衝作用を生じる。これにより、流体管路中の急激な圧力変動を防止することができ、ウオータハンマ現象を防止できる。
【0023】
流路緩衝部が十字形仕切りを有する円筒弁からなるものは、浄水器の温度低下により入口からの温水が遮断され、形状記憶合金バネが作動して弁体が充分に遅く閉じ、それにより、流体管路中に大きな圧力変化を生じるのを防ぐことができ、ウオータハンマ現象の発生を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例を示す断面図である。
【図2】本発明の他の実施例の第1作動状態を示す断面図である。
【図3】同実施例の一部斜視図である。
【図4】同実施例の第2作動状態を示す断面図である。
【図5】本発明の弁を適用する流体管路の構成図である。
【符号の説明】
1 弁室
2 弁本体
3 入口
4 第1端面
5 第1排出口
6 第2端面
7 フランジ
8 排出口部材
11 排水路
12 Oリング
14 第2排出口
15 主弁座
16 弁体
17 第1摺動部
18 第2摺動部
19 十字形仕切り
22 第1摺動孔
23 第2摺動孔
25 第1シールリング
27 第2シールリング
30 バイアスバネ
31 形状記憶合金バネ
32 接続管
33 逆止弁

Claims (2)

  1. 1つの入口と第1及び第2の排出口を設けた弁本体中に、両端に両排出口に対向する弁を備えた弁体を摺動自在に設け、該弁体に対して第1排出口方向を開き第2排出口を閉じるように付勢するバイアスバネを設け、該バイアスバネに対向して、所定温度以上では上記バイアスバネよりも強いバネ定数となる形状記憶合金製バネを設け、上記所定温度以上では第1排出口を閉じ第2排出口を開くようにした形状記憶合金製バネを用いた三方切換弁において、第1排出口側流路中に十字形仕切りを有する第1摺動部を設け、前記弁本体に設けた第2排出口から延び第2摺動孔内で摺動自在であり前記第2摺動孔側に十字形仕切りと第2排出口側に十字形仕切りを有する円筒弁とからなる第2摺動部を設けたことを特徴とする形状記憶合金を用いた三方切換弁。
  2. 前記排水路に接続する接続管に逆止弁を設けた請求項1に記載の形状記憶合金を用いた三方切換弁。
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