JP3844836B2 - 水温補正機能付き定流量弁 - Google Patents
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Description
【産業上の利用分野】
本発明は、給湯器の定流量弁に関し、詳しくは水温補正機能を備えた給湯器の定流量弁に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来より、水温補正機能を備えた定流量弁が知られている。
例えば、特開昭63−303281号公報に示す給湯器では、供給水圧の変動があっても通水量を変化させないガバナ機能と、水温変化に応じて通水量を増減する水温補正機能とを併せもつ定流量弁を給水路へ組み込み、供給水圧および入水温度の変動による出湯温度への影響を防いでいる。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、定流量弁は、一般的に、閉弁させる方向の流れによって、供給水圧が高圧になるにつれて、通水量が低下する傾向にある。
これは、高水圧によって弁の開度が小さくなるほど、弁を通過する水の流速が大きくなり、流れによる影響が大きくなるからである。
そこで、高水圧になったとしても水量低下が起こらないように補完し、高水圧時のガバナ機能を向上させることを第1の課題とする。
【0004】
従来、定流量弁Vは、図3に示すように、シート部(下段シート部2a、上弁シート部2b)を円筒内面に有する固定弁体V31が設けられ、それらのシート部に進退自在に接離する可動弁体V32が設けられる。
この可動弁体V32には流路を仕切る差圧板4が設けられ、差圧板4には給水が通過する流路孔12a、12bが設けられる。
また、この差圧板4と固定弁体V31との間には、可動弁体V32を開弁方向に付勢するガバナばね32が設けられ、ガバナばね32は、水温変化に応じてばね定数が変化する感熱応動部材(形状記憶合金)で形成される。
定流量弁Vは、ガバナばね32の荷重と差圧板4に働く差圧力とが均衡して、水温に応じた流量に制御すると共に、給水圧の変動に対して流量を一定に制御している。
しかしながら、このガバナばね32は、高価な形状記憶合金の材料を使用しなければならず、ばねの有効径が大きいと材料コストを要する問題があった。
また、ガバナばね32の傾きがあると固定弁体V31に対する可動弁体V32の傾きが起こって流量がバラツクため、ガバナばね32の傾きに対する精度が要求され、更に、ガバナばね32が高価なものになる。
そこで、可動弁体V32と固定弁体V31との同軸を保ちつつ、ガバナばね32の有効径を小さくし、ガバナばね32を安価に作製できるようにすることを第2の課題とする。
【0005】
また、可動弁体V32には、固定弁体V31の内側に設けられる下段シート部2a、および上弁シート部2bにそれぞれ接離する下弁部9a、および上弁部9bが上下に設けられる。
この可動弁体V32に一体に設けられる差圧板4の外周には、固定弁体V31の内壁10に摺動するOリング31が装着される。
しかし、このOリング31は、水垢等、水中の異物の付着等が有ると、Oリング31の摺動抵抗が大きくなって、可動弁体V32の応答性が悪くなり、ガバナ機能におけるヒステリシスが大きくなってしまう問題がある。
そこで、Oリング31を改善し、径方向の変形代を大きくして弱い力で摺動面とシールすることにより、摺動抵抗を小さくしてヒステリシスを小さくし、ガバナ機能を向上させることを第3の課題とする。
【0006】
以上から、本発明の定流量弁は、水温補正機能付きの定流量弁を安価に製作できるようにすると共に、入水温度および供給水圧の変動があったとしても安定したガバナ機能が得られる水温補正機能付きの定流量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】
上記課題を解決する本発明の請求項1記載の水温補正機能付き定流量弁は、給水路に固定され、上弁シート部と下段シート部とを円筒内面に有する固定弁体と、上記固定弁体内と同軸上に進退自在に挿入され、上記固定弁体の上記上弁シート部と下段シート部とに各々接離する上弁および下弁を有すると共に、給水が通過する孔が開けられ、上記孔前後の差圧力を受圧する差圧板を備えた可動弁体と、水温変化に応じてばね定数が変化する感熱応動部材で形成され、上記可動弁体を開弁方向に付勢するガバナばねとを備え、上記ガバナばねの荷重と上記差圧板に働く差圧力とが均衡して、流量を一定に制御する水温補正機能付き定流量弁において、上記上弁と上記上弁シート部との当接位置を調節し、上記下弁と上記下段シート部との開度を調節する調節部を設けたことを要旨とする。
【0008】
また、本発明の請求項2記載の水温補正機能付き定流量弁は、請求項1記載の定流量弁において、
上記固定弁体と上記可動弁体間で、かつ、上記可動弁の内部に上記ガバナばねを設けたことを要旨とする。
【0009】
また、本発明の請求項3記載の水温補正機能付き定流量弁は、請求項1または請求項2記載の定流量弁において、
弾性体で断面U字形状に形成し、上記差圧板の外周部に装着して上記固定弁体内壁の摺動面と上記差圧板の外周部とをシールするシールリングを設けたことを要旨とする。
【0010】
上記構成を有する本発明の請求項1記載の水温補正機能付き定流量弁は、調節部により、可動弁体の上弁と固定弁体の上弁シート部との当接位置を調節して、可動弁体の下弁と固定弁体の下段シート部との開度を調節することができる。従って、高水圧によって、上弁と上弁シート部とが閉じた場合であっても、下弁と下段シート部との隙間が確保され、水量を補完する。即ち、高水圧時の水量の低下を防ぐことができる。更に、通水量が異なる給湯器に対しても、差圧板における給水が通過する孔の孔径を変える程度の変更で通水量を定め、調節部で下弁と下段シート部との隙間を調節することにより、高水圧時の水量の低下を補完することができる。従って、定流量弁を通水量が異なる給湯器に適用することができる。
【0011】
上記構成を有する本発明の請求項2記載の水温補正機能付き定流量弁は、ガバナばねを固定弁体と可動弁体間で、かつ、可動弁の内部に設けることによって、固定弁体と可動弁体との同軸度を保つと共に、ガバナばねの有効径を小さくして材料を節約する。
従って、ガバナばねを安価にすることができる。
【0012】
上記構成を有する本発明の請求項3記載の水温補正機能付き定流量弁は、弾性体で断面U字形状のシールリングをU字の開口を上流に向けて差圧板の外周部に装着し、固定弁体内壁の摺動面と差圧板の外周部とをシールして摺動抵抗の低減をする。
シールリングは、弾性体で断面U字形状のために、弾性の変形しろを大きく、かつ、弾性力を弱く設定することができ、可動弁体が作動する際の摺動抵抗を低減することができる。
従って、ガバナ性能におけるヒステリシスを小さくして応答性を良くすることができる。
【0013】
【発明の実施形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の定流量弁の好適な実施例について説明する。
図1は一実施例としての定流量弁Vの概略図である。
V1は、円筒状の固定弁体で、内側には中心軸に対して傾斜するシート面を形成する下段シート部2aを備える。
また、固定弁体V1の上部には、同様に、中心軸に対して傾斜するシート面である上弁シート部2bを形成する調節弁5が上述の下段シート部2aと同軸となってねじ部6に固定される。
従って、調節弁5は、ねじ込み程度を調節されることにより、上弁シート部2bの位置を軸方向に調節する。
また、固定弁体V1における円筒外周面には、上弁シート部2bと下段シート部2aとの間に、複数の通孔3が設けられ、後述する可動弁体V2の下弁部9aおよび上弁部9bを通過した通水を下流側に導いている。
この固定弁体V1の外周溝部17には、流路の内壁面21に当接してシールするOリング7が装着され、流路の段部18と止め輪8とに挟まれて固定弁体V1が流路に固定される。
【0014】
固定弁体V1内に挿入されるV2は可動弁体で、固定弁体V1に設けられる下段シート部2a、および上弁シート部2bにそれぞれ接離する下弁部9a、および上弁部9bが上下に設けられ、上流部にはUリングシール11を外周に装着して固定弁体の内壁10に摺動し、流路を上流側と下流側に仕切る差圧板4が一体に設けられる。
また、差圧板4には、軸中心を貫通する流路孔12aと、その周囲に複数の流路孔12bが設けられ、差圧板4の上流側と固定弁体V1内の上部空間とを連通している。
また、差圧板4と下弁部9a間における可動弁体V2の外周側面には、複数の横孔13が軸と直交して開けられ、流路孔12aに通じている。
【0015】
Uリングシール11は、ゴム材質の弾性体で作製され、容易に圧縮できるUリング状に形成され、Uリング状の開口部を上流側に向けて差圧板4の外周に装着され、Uリング状の一辺の端部側面が内壁10に当接してシールしつつ、摺動抵抗を少なくしている。
また、Uリングシール11におけるUリング状のカーリング部が上流方向に向くことにより、供給水圧が上昇する際の摺動抵抗が半減される効果を生じる。
従って、Uリングシール11は、供給水圧の変動があった場合に、ガバナ性能におけるヒステリシスを最小にし、応答性を良くする。
【0016】
また、固定弁体V1に設けた調節弁5と可動弁体V2間に、ガバナばね14を同軸上に配設し、可動弁体V2が調節弁5に対して離反する方向に付勢される。そして、ガバナばね14と差圧板4の前後に発生する差圧とガバナばね14力とが均衡することによって、下弁部9aと上弁部9bとを通過する流量が一定に制御される。
尚、固定弁体V1の上流側には挿入した可動弁体V2の突出を受け止める受止めリング15が設けられる。
また、ガバナばね14は、水温変化に応じてばね定数が変化する感熱応動部材である形状記憶合金を用い、温度に対するばね荷重特性が実際の給湯温度と適切な比例関係となるように選定される。
【0017】
ガバナばね14が調節弁5と可動弁体V2との間に設けられる理由は、ガバナ特性上、下段シート部2a、上弁シート部2bと下弁部9a、上弁部9bとの同軸性を確保するためである。
例えば、図3に示す従来例のように、固定弁体V1と差圧板4との間に設けた場合には、径の大きなガバナばね14によって固定弁体V1に対する可動弁体V2の傾きが決定されるため、ガバナばね14の精度および組み込み精度が特に要求される。
一方、本実施例では、有効径の小さいガバナばね14を上弁部9bの内周部で、かつ、可動弁体V2の内部に設けるので、上弁部9bを上弁シート部2bの中心に導き易い。
従って、可動弁体V2の同軸性をむしろ高めることができると共に、ガバナばね14における傾きに対する精度はある程度ラフでも許容される。
その結果、定流量弁の機能を損ねることなく、ガバナばねの有効径を小さくし、高価な形状記憶合金ばねの材料を節約して、ガバナばねを安価にすることができる。
【0018】
また、一般的に、単一のガバナばね14を設けた場合には、供給水圧に対する通水量が高水圧時に低下する傾向にある。
そこで、固定弁体V1の上部に設けられる調節弁5を、ねじ部6で上下に位置調節し、上弁部9bが閉じた場合の下段シート部2aと下弁部9aとの隙間を調節する。
つまり、調節弁5をねじ込んで上弁シート部2bの位置をセットし、高水圧時に、上弁部9bと上弁シート部2bとが先に当接した場合に、下弁部9aと下段シート部2aとの隙間が確保されるようにする。
これによって、上弁部9bが閉弁しても下弁部9aの開度が確保されることとなり、高水圧時における通水量の低下が防止される。
更に、給湯器の能力号数が異なる場合においても、必要水量に応じて流路孔12の大きさを変える程度の変更で流量を設定し、かつ、調節弁5で下段シート部2aと下弁部9aとの隙間を調節すれば、高水圧時のガバナ特性を適切にすることができる。
従って、出湯量の異なる給湯器に対しても、定流量弁Vにおける主要部品を共通に適用することができる。
【0019】
次に、水温補正機能について説明を加える。
この定流量弁Vは、入水温度の変化に応じてばね力が増減し、固定弁体V1と可動弁体V2とによる弁間隙を比例的に増減するので、入水温度の高低の変化により通水量が比例的に増減する。
例えば、夏期と冬季による入水温度の変化に対しては、ガバナばねが14が入水温度を感知してそのばね定数が変化し、固定弁体V1の下段シート部2aおよび上弁シート部2bと可動弁体V2の弁間隔を広狭に自動制御することによって入水温度に見合った通水量が確保される。
即ち、夏期のように入水温度が高い場合はガバナばね14がこれを感知してばね定数を高めその弾発力を強くする。
そして、下段シート部2aと下弁部9aによる弁間隔は広く保たれ通水量は増大し、また、冬季のように入水温度が低い場合はガバナばね14がこれを感知してばね定数を下げその弾発力を弱くするため、下段シート部2aと下弁部9aによる弁間隔は狭く保たれ通水量は減少する。
従って、ガス量調整にて給湯温度を制御するにあたり、入水温度が変化しても給湯器の最大能力限度を越えない。
また、供給水圧の変動に対してはガバナばね14と差圧板4前後の差圧力が均衡して、固定弁体V1の下段シート部2aと可動弁体V2の下弁部9aによる弁開度を流量が一定となるよう自動制御するガバナ機能を備えている。
従って、供給水圧の変動があったとしても、通水量は一定に保たれる。
【0020】
そして、上述した水温補正付き定流量弁Vは、図2に示すように、熱交換器22への給水路23に組み込まれる。
給湯の際して給湯栓24を開放すると、水流センサS1が通水を感知し、ガス供給路に設けた元電磁弁MV1とメイン電磁弁MV2とが開弁し、燃料ガスは、電磁比例弁MV3の作動によって、目標設定温度に見合うガス量がバーナ25に供給される。
その結果、給湯器は、常時、設定された温度の給湯を維持する。
尚、Fは強制給気用ファン、26は燃焼室、27は排気筒、28は出湯温センサ、29はコントローラを示している。
【0021】
上述したように、本実施例の定流量弁Vは、Uリングシール11でヒステリシスを改善し、調節弁5によって高水圧時の水量の低下を防止し、ガバナばね14の設定を同軸に保ち易い位置に設定して、ガバナ性能を改善することができる。また、調節弁5で調節することによって流量の異なる給湯器に共通使用すると共に、ガバナばね14の有効径を小さくして形状記憶合金ばねの材料を節約し、定流量弁Vの生産性を向上することができる。
【0022】
以上、本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
例えば、本実施例では、調節弁5が上弁シート部2bと上弁部9bによる弁間隔を調節した後に流路に組み込む構成としたが、流路に組み込み後に流路の外から調節できる構成としても良い。
また、上弁部9bと上弁シート部2bとの当接位置を調節する調節弁5は、実施例では、固定弁体V1に設けたが、可動弁体V2に調節弁5を設け、上弁部9bまたは下弁部9aのいずれかの位置を調節する構成としても良い。
【0023】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項1記載の水温補正機能付き定流量弁によれば、高水圧時のガバナ性能を改善できるという優れた効果を奏する。
【0024】
また、請求項2記載の水温補正機能付き定流量弁によれば、請求項1による効果に加え、水温補正機能付き定流量弁におけるガバナばねを安価にすることができる。
【0025】
また、請求項3記載の水温補正機能付き定流量弁によれば、請求項1または請求項2による効果に加え、ガバナ性能におけるヒステリシスを改善することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】一実施例としての水温補正機能付き定流量弁の概略構成図である。
【図2】本発明の実施例に係る給湯器の概略図である。
【図3】従来の水温補正機能付き定流量弁の概略構成図である。
【符号の説明】
V 定流量弁
V1 固定弁体
V2 可動弁体
2a 下段シート部
2b 上弁シート部
3 通孔
4 差圧板
5 調節弁
6 ねじ部
7 Oリング
8 止め輪
9a 下弁部
9b 上弁部
10 内壁
11 Uリングシール
12 流路孔
13 横孔
14 ガバナばね
15 受止めリング
17 外周溝部
18 段部
MV1 元電磁弁
MV2 メイン電磁弁
MV3 電磁比例弁
F 強制給気用ファン
S1 水流センサ
21 内壁面
24 給湯栓
25 バーナ
26 燃焼室
27 排気筒
28 出湯温センサ
29 コントローラ
Claims (3)
- 給水路に固定され、上弁シート部と下段シート部とを円筒内面に有する固定弁体と、
上記固定弁体内と同軸上に進退自在に挿入され、上記固定弁体の上記上弁シート部と下段シート部とに各々接離する上弁および下弁を有すると共に、給水が通過する孔が開けられ、上記孔前後の差圧力を受圧する差圧板を備えた可動弁体と、
水温変化に応じてばね定数が変化する感熱応動部材で形成され、上記可動弁体を開弁方向に付勢するガバナばねとを備え、
上記ガバナばねの荷重と上記差圧板に働く差圧力とが均衡して、流量を一定に制御する水温補正機能付き定流量弁において、
上記上弁と上記上弁シート部との当接位置を調節し、上記下弁と上記下段シート部との開度を調節する調節部を設けたことを特徴とする水温補正機能付き定流量弁。 - 上記固定弁体と上記可動弁体間で、かつ、上記可動弁の内部に上記ガバナばねを設けたことを特徴とする請求項1記載の水温補正機能付き定流量弁。
- 弾性体で断面U字形状に形成し、上記差圧板の外周部に装着して上記固定弁体内壁の摺動面と上記差圧板の外周部とをシールするシールリングを設けたことを特徴とする請求項1または請求項2記載の水温補正機能付き定流量弁。
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