JP3910024B2

JP3910024B2 - 熱動式開閉弁

Info

Publication number: JP3910024B2
Application number: JP2001231844A
Authority: JP
Inventors: 貞雄岡田; 直樹田島; 一幸雨宮
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2001-07-31
Filing date: 2001-07-31
Publication date: 2007-04-25
Anticipated expiration: 2021-07-31
Also published as: JP2003042334A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えば、ウォータハンマー現象の発生を防止するために流体通路に介設される熱動式開閉弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の熱動式開閉弁は、例えば、床に敷設した温水マットに熱源で加熱された温水を循環させて床暖房を行う温水循環式床暖房装置において各温水マットへの温水の供給を制御するために、温水マットへの往路管の経路の途中に介設される。
【０００３】
その一例として、内部にワックスエレメントとヒータとを設け、ワックスエレメントをヒータで加熱して膨張させることでピストンを摺動させ、ピストンに連結した弁体を移動させることで開弁する熱動式開閉弁が知られている。このものは、ワックスエレメントの熱容量が大きいためその応答性が悪いという問題があった。
【０００４】
このため、小さな熱で反応するように形状記憶合金製のコイルばねを使用し、熱動式開閉弁を応答性よく構成することが提案されている（特開昭６２−２７８３９１号公報参照）。
【０００５】
この場合、熱動式開閉弁はバルブケーシングを備え、該バルブケーシングには、流体通路を有する弁室と、２枚の極板間に発熱部を挟んだヒータ（以下、「ＰＴＣヒータ」という）を備えた形状記憶合金製のコイルばね及び該コイルばねの付勢力で移動するピストンを収容したばね収容室とが設けられている。該弁室内には弁座が形成され、該弁座には、閉弁状態において流体通路を遮断するように弁体が着座している。該弁体には弁杆が連結され、弁杆の一端は、ばね収容室まで延出してピストンに連結されている。そして、ＰＴＣヒータの電源をＯＮにすると、コイルばねに熱が伝達されて該コイルばねの付勢力が大きくなり、ピストンが移動されて弁体が弁座から離れることで、熱動式開閉弁が開弁される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、このものでは、流体通路を流れる流体の温度（例えば、６０度）が高い場合に、その流体の熱がバルブケーシングに伝達され、ばね収容室内のコイルばねに伝達される。このため、熱動式開閉弁を閉弁するためヒータの電源をＯＦＦにしても、バルブケーシングからの熱がばね収容室にこもることと相俟ってコイルばね自体の温度低下速度が遅くなり、コイルばねが収縮せず、熱動式開閉弁を開弁状態に保持してしまうという不具合が発生する場合があった。
【０００７】
そこで、本発明は、上記問題的に鑑み、熱源の電源をＯＦＦした場合に確実に閉弁するように熱動式開閉弁を構成することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
この課題を解決するため、本発明の熱動式開閉弁は、熱源を有し、該熱源から熱を受けると付勢力が変化する形状記憶合金製のばねを収容したばね収容室と流体通路を有する弁室とを設けたバルブケーシングを備え、該形状記憶合金製のばねの付勢力を変化させて弁室に設けた弁本体を移動させることで流体通路を開閉する熱動式開閉弁において、ばね収納室内に前記弁本体に連結されたピストンを設けると共に、このピストンを挟んで分割されるばね収納室の２つの空間のうち、前記弁室と反対側の空間に前記ばねを縮設すると共に、弁室側の空間と外気との通気を可能とする通気孔を開設し、弁室側からのばねへの熱の影響を防止することを特徴とする。
【０００９】
本発明によれば、弁室内の流体通路内を流れる流体の温度が高い場合でも、ばね収容室に通気孔が開設されているので、該通気孔から導入される新鮮空気の空冷作用によってばね収容室に熱がこもらず、形状記憶合金製のばねの温度は上昇し難い。このため、該ばねに余計な熱が加わることが防止されるので、熱源をＯＦＦにすると、ばね自体の温度は直ちに所定の温度以下に低下する。
【００１０】
また、ばね収容室に通気孔を設けておけば、万一弁室から流体がばね収容室に流入したとしても該通気孔から流体が排出されるので、漏れた流体が熱源まで達することはなく、熱源に悪影響を及ぼすことが防止される。
【００１１】
ここで、前記バルブケーシングは、ばね収容室と弁室とをそれぞれ設けた２個の合成樹脂製の部分を連結して構成され、前記通気孔を、ばね収容室を設けた一方のバルブケーシングの弁室側の端部に切欠きとして形成するのがよい。バルブケーシングを熱伝導率の低い合成樹脂製とすればばね収容室内の温度上昇をさらに低下できる。また、通気孔を切欠きとして形成する場合、バルブケーシングに通気孔を穴開け加工するのに比べてその加工作業が容易になる。
【００１２】
前記熱源は、例えば、２枚の極板間に発熱部を挟んだヒータとすればよく、前記弁本体は、例えば、複弁構造とすればよい。
【００１３】
【発明の実施の形態】
図１及び図２を参照して、１は、本発明に係る熱動式開閉弁である。該熱動式開閉弁１は、第１及び第２の２個の部分２，３をボルト１０により連結して構成されるバルブケーシングを有する。弁室を構成するバルブケーシングの第１部分２には、流体流入部２１及び流体流出部２２が形成され、該流体流入部２１及び流体流出部２２は略Ｌ字状の流体通路２３を介して連通する。流体通路２３には弁座２５が形成され、該弁座２５には、略円筒形状の弁本体４の一端の外周面に設けた第１シール材４１が着座する。
【００１４】
第２部分３には、一端を開口したばね収容室３１が形成されている。該ばね収容室３１には、開口側からガイド部材３２と保持部材３３とが挿設され、該ガイド部材３２と保持部材３３との間にはばね３４が縮設されている。
【００１５】
該ガイド部材３２の内孔には、一端側に弁杆３５ａを装着したピストン３５が挿設されている。弁杆３５ａの他端は、シール材４３を介して流体通路２３内に延出して弁本体４内に挿入されている。金属製の保持部材３３には、ばね収容室３１内で第１部分２方向に延出する金属製の芯部３３ａが形成されている。そして、ピストン３５と保持部材３３との間であって芯部３３ａの外周には、後述の熱源からの熱を受けると、ばね定数が大きくなってピストン３５を熱動式開閉弁１の開弁方向、即ち流体流出部２２方向（図１の右側）に付勢する形状記憶合金製のコイルばね３６が設けられている。
【００１６】
該コイルばね３６は、通常状態（非加熱状態）では、ピストン３５を第１部分２方向に押圧せず、この場合、弁本体４と流体通路２３の内壁との間に縮設したばね４５の付勢力により、弁本体４は第１シール材４１が弁座２５に着座した状態に保持される。
【００１７】
保持部材３３の底面３３ｂには、熱源であるＰＴＣヒータ５が面接触させて配設されている。該ＰＴＣヒータ５は、発熱部であるセラミックス製の板材５１の両面を２枚の極板５２、５３で挟んで構成したものである。
【００１８】
熱動式開閉弁１を開弁する場合には、図示しないスイッチをＯＮにして両極板５２、５３に通電すると、板材５１が所定の温度まで加熱される（本実施の形態では、約８０度）。そして、コイルばね３６がＰＴＣヒータ５からの熱を受け、所定の温度を超えると、該コイルばね３６のばね定数が大きくなって付勢力が大きくなり、ばね４５の付勢力に抗してピストン３５を介して弁本体４を流体流出部２２方向に移動させ、熱動式開閉弁１が開弁する。
【００１９】
ここで、形状記憶合金製のコイルばね３６のばね定数が大きくなってピストン３５を熱動式開閉弁１の開弁方向に付勢する付勢力は、従来の熱動式開閉弁に使用されていたワックスエレメントの膨張による押圧力と比較して小さい。このため、閉弁状態に保持するばね４５の付勢力を大きく設定すると熱動式開閉弁を開弁できない一方で、従来技術と同様に熱動式開閉弁１を単弁構造にしたのでは、ばね４５の付勢力を小さく設定すると流体通路２３を流れる流体の水圧で開弁する不具合がある
【００２０】
本実施形態では、熱動式開閉弁１に対する水圧の影響を小さくして開閉動作を確実にするため該弁本体４を複弁構造に形成した。即ち、第１部分２には、弁座２５側に対向して収容孔２６が形成され、該収容孔２６には第２シール材４２を装着した略円筒形状の弁本体４の他端が挿入されている。そして、弁本体４が移動する際、該シール材４２が収容孔２６の内を摺動する。
【００２１】
また、流体通路２３を流れる流体の温度が高く、その流体の熱がバルブケーシングの第１部分２、第２部分３を介してばね収容室３１内のコイルばね３６に伝達されたのでは、電源をＯＦＦにしても熱がばね収容室３１にこもることと相俟ってコイルばね３６の温度が低下し難い。このため、コイルばね３６の付勢力が小さくならず、熱動式開閉弁１を開弁状態に保持してしまうという不具合が発生する場合がある。
【００２２】
本実施の形態では、バルブケーシングを構成する第１部分２及び第２部分３を、熱伝導率の小さい合成樹脂から形成すると共に、ばね収容室３１と外気との連通を許容するように相互に対向した位置に２個の通気孔３１ａを開設した。この場合、通気孔３１ａをバルブケーシングの第２部分３の第１部分２への連結側の端部に切欠きとして形成した。このため、特に加工作業を要せず、通気孔３１ａの開設が容易になる。
【００２３】
これにより、通気孔３１ａから導入される新鮮な空気の空冷作用によってばね収容室３１及びコイルばね３６の温度は流体通路２３を流れる流体からの熱伝導によって上昇することはなく、ＰＴＣヒータ５がＯＦＦされると確実に付勢力が低下して熱動式開閉弁１を閉弁させることができる。
【００２４】
さらに、ガイド部材３２には通気孔３１ａに一致するように孔３２ａが開設されている。これにより、例えば、シール材４２またはシール材４３のシール不良により流体通路２３から流体がばね収容室３１に流入したとしても、該流体が通気孔３１ａを介して外部に排出され、漏れた流体がＰＴＣヒータ５まで達することはない。このため、ＰＴＣヒータ５の極板５２、５３を腐食させたりするなどの悪影響を及ぼすことが防止される。
【００２５】
尚、上記実施の形態では、形状記憶合金製のコイルばね３６は、加熱されるとばね定数が変化してその付勢力を変化させるものであるが、加熱されると自由長を変化させてその付勢力を変化させる形状記憶合金製のばねとしてもよい。
【００２６】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の熱動式開閉弁では、熱源をＯＦＦにすると、形状記憶合金製のコイルばね自体の温度が低下して確実に閉弁する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の熱動式開閉弁の縦断面図
【図２】本発明の熱動式開閉弁の横断面図
【符号の説明】
１熱動式開閉弁
２、３バルブケーシング
２４流体通路
３１ばね収容室
３１ａ通気孔
３６形状記憶合金製のコイルばね
４弁本体
５ＰＴＣヒータ

Claims

熱源を有し、該熱源から熱を受けると付勢力が変化する形状記憶合金製のばねを収容したばね収容室と流体通路を有する弁室とを設けたバルブケーシングを備え、該形状記憶合金製のばねの付勢力を変化させて弁室に設けた弁本体を移動させることで流体通路を開閉する熱動式開閉弁において、ばね収納室内に前記弁本体に連結されたピストンを設けると共に、このピストンを挟んで分割されるばね収納室の２つの空間のうち、前記弁室と反対側の空間に前記ばねを縮設すると共に、弁室側の空間と外気との通気を可能とする通気孔を開設し、弁室側からのばねへの熱の影響を防止することを特徴とする熱動式開閉弁。
前記バルブケーシングは、ばね収容室と弁室とをそれぞれ設けた２個の合成樹脂製の部分を連結して構成され、前記通気孔を、ばね収容室を設けた一方のバルブケーシングの弁室側の端部に切欠きとして形成したことを特徴とする請求項１記載の熱動式開閉弁。
前記熱源は、２枚の極板間に発熱部を挟んだヒータであることを特徴とする請求項１または請求項２記載の熱動式開閉弁。
前記弁本体を複弁構造としたことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか１つに記載の熱動式開閉弁。