JP4046459B2 - 湯水混合弁 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は湯水混合弁に関し、特に給湯装置内にて熱いお湯と冷たい水とを混合して適温の出湯を得るようにした湯水混合弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図６は給湯装置の第１の構成例を示す図である。この第１の構成例によれば、水が供給される給水管１は、熱交換器２およびバイパス制御弁３に接続され、これら熱交換器２およびバイパス制御弁３の下流側は、出湯制御弁４を介して出湯管５に接続されている。
【０００３】
給水管１によって供給された水は、熱交換器２に供給されるとともに、この熱交換器２をバイパスするように配置されたバイパス制御弁３にも供給される。熱交換器２に供給された水は、バーナ６による燃焼熱により加熱され、高温の湯を出力する。バイパス制御弁３は、熱交換器２から出力された湯に混合する水の量を調節して出湯温度を制御するオン・オフ弁である。出湯制御弁４は、出湯管５より出湯される湯の量を制御する。
【０００４】
図７は給湯装置の流量特性を示す図である。この流量特性は、給湯装置に一般的に求められている水量、湯量および水と湯とを合わせた総流量の変化を示したもので、横軸に湯および水の制御域を表し、縦軸に流量を表している。給湯装置の流量特性は、水および湯を混合して出湯する混合領域と湯のみを制御する湯側制御域とを有している。なお、混合領域の最大流量の位置をａ、湯の最大流量の位置をｂで示している。
【０００５】
このような流量特性は、図６のバイパス制御弁３および出湯制御弁４を制御することによって実現している。すなわち、混合領域では、バイパス制御弁３および出湯制御弁４をともに制御して総流量がリニアに変化するようにし、混合領域の位置ａから湯側制御域の位置ｂへはバイパス制御弁３を一気に閉じ、湯側制御域では出湯制御弁４のみで湯の総流量を制御するようにしている。なお、バーナ６の火力およびバイパス制御弁３および出湯制御弁４の弁開度は、図示はしないが、給水流量、給水温度、熱交換器出口温度および出湯温度に基づいて制御されている。
【０００６】
図８は給湯装置の第２の構成例を示す図である。この第２の構成例によれば、水が供給される給水管１は、熱交換器２に接続されるとともに、湯水混合弁７の給水口に接続され、熱交換器２の下流側は、湯水混合弁７の給湯口に接続され、湯水混合弁７の出湯口は、出湯管５に接続されている。
【０００７】
給水管１によって供給された水は、熱交換器２に供給され、バーナ６による燃焼熱により加熱されて出力される。湯水混合弁７は、その給水口に水を受け、その給湯口に熱交換器２からの湯を受け、湯の通水量および水のバイパス量を制御して出湯管５へ送り出す。このように１つの湯水混合弁７で混合比および総流量を制御することにより、図７に示したような流量特性を得ている。
【０００８】
ここで、湯水混合弁７の流量制御について説明する。湯水混合弁７は水用および湯用の弁体を有し、その弁体を各弁座に対して弁が開閉するよう弁軸方向へ昇降することにより水および湯の流量を制御して出湯する総流量を制御している。また、弁体はその周囲の一部分に切り欠きが設けられていてその切り欠き部とその弁体を収容しているハウジングの側壁との間に空間を形成するようにし、その空間とハウジングの側壁に弁軸方向へ延びるように設けられたスリットとを通して熱交換器２をバイパスする水を通し、水用の弁体に行くようにしている。そして、図７に示した流量特性において、水量を一気に絞っている混合領域の水の全開位置である位置ａから水の全閉位置である湯側制御域の位置ｂへの遷移は、弁体を回転し、その切り欠き部をスリットと整合しない位置まで移動させてスリットを弁体で塞ぐことによって実現している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の給湯装置において、バイパス制御弁および出湯制御弁を使用する構成では、制御弁が２つ必要なため、コスト的に高くなり、レイアウト的にも非常に大きくなってしまうという問題点があった。
【００１０】
また、１つの湯水混合弁を使用する構成では、水側の制御において、全開の位置ａから全閉の位置ｂへの切り換えは、弁体を回転させて水が通るスリットを締め切ることにより行っているため、そのスリットにおける締め切り時の通水音が高くなってしまうという問題点があった。
【００１１】
さらに、流量特性の混合領域では、湯水の比率が一定であるため、湯の温度が急激に変化した場合には、弁の方がすぐには対応できず、思いがけない温度の湯が出湯してしまうといった問題点があった。
【００１２】
本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、１つの制御弁にて構成できる湯水混合弁であって、水側の締め切り制御時の通水音が高くなく、急激な温度変化にも対応することができる湯水混合弁を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明では上記問題を解決するために、給湯口に供給された湯と給水口に供給された水とを混合して出湯口に送り出す湯水混合弁において、前記給湯口と前記出湯口との間の通路内に配置され、前記給湯口に供給された湯の流量を湯用弁体の移動方向に従って混合領域では最大流量まで増加し、湯側制御域では前記最大流量から減少するよう制御する湯側制御弁と、前記給水口と前記出湯口との間の通路内に配置され、前記給水口に供給された水の流量を水用弁体の移動方向に従って前記混合領域では所定の水量から減少させた後最大流量まで増加させ、さらに最大流量から最少流量へ切り換え、前記湯側制御域では前記最少流量に保持するよう制御し、前記最大流量から最少流量への切り換えを前記水用弁体の軸方向移動により行うようにした水側制御弁と、を備え、前記湯側制御弁は、前記給湯口と前記出湯口との間の通路内に形成された湯用弁座と、前記湯用弁座に貫通配置され前記湯側制御域の最大流量制御時に前記湯用弁座との間の隙間が最も大きくなるよう糸巻き状に中央がくびれた形状を有する湯用弁体とを備え、前記水側制御弁は、前記給水口と前記出湯口との間の通路内に配置され上流側に小さな通路径を有する第１弁座部と下流側に大きな通路径を有する第２弁座部とからなる水用弁座と、前記第１弁座部を軸方向へ貫通移動することにより前記混合領域で所定の水量から減少させた後最大流量まで増加させる制御を行う第１弁体部と前記最大流量への制御後に前記第２弁座部と協働して前記最少流量への切り換え制御を行う第２弁体部とからなる水用弁体とを備えていることを特徴とする湯水混合弁が提供される。
【００１４】
このような湯水混合弁によれば、水側の水量制御において、最大流量から最少流量への切り換えを水用弁体の軸方向移動により行うことで、弁の締め切り時における水流の集中がなくなるため、通水音が高くなるのを回避することができる。また、混合領域では、水用弁体の移動開始時にあらかじめ所定の水量を流す、すなわち水の混合比を高くしておくように制御することで、制御開始時に供給される湯の温度が高温の状態で供給されたとしても、出湯開始時の高温出湯を抑制することが可能になる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明による湯水混合弁の構成を示す断面図である。
【００１６】
本発明による湯水混合弁は、水を供給する給水管が接続される給水口１１と、熱交換器からの湯を供給する配管が接続される給湯口１２と、湯水混合水を送り出す配管が接続される出湯口１３とが形成された円筒状のボディ１４を有している。このボディ１４の中央にはその長手方向に延びるシャフト１５が配置されている。このシャフト１５は、ハウジング１６によって収納され、かつハウジング１６に形成されたねじ部１７に螺合されていて、回転しながら軸線方向へ移動することができるようになっている。また、このシャフト１５の下端には、弁体１８が設けられている。この弁体１８は、上部の水用弁体１９と下部の湯用弁体２０とが一体に形成されている。水用弁体１９は、水量を制御する小径部と水側通路をシャットダウンする大径部とからなり、湯用弁体２０は糸巻き状に中央がくびれた形状を有している。給水口１１と出湯口１３との間のボディ１４内の通路には、水用弁座２１が配置されている。この水用弁座２１は、中央に位置し水用弁体１９の小径部と協働して水量を制御する弁を構成する第１弁座部と、出湯口１３に通じる通路側に位置し水用弁体１９の大径部と協働して水側通路のオン・オフ弁を構成する第２弁座部とからなっている。また、給湯口１２と出湯口１３との間のボディ１４内の通路には、弁体１８の湯用弁体２０と協働して湯量を制御する弁を構成する湯用弁座２２がボディ１４と一体に形成されている。そして、シャフト１５の上端部には、これを回転駆動するアクチュエータ２３が配置されている。
【００１７】
以上の構成の湯水混合弁において、アクチュエータ２３がシャフト１５の上端部を回転駆動することにより、ハウジング１６のねじ部１７に螺合されシャフト１５は軸線方向に移動し、これに伴って、弁体１８が移動し、湯および水の流量を制御することができるようになる。
【００１８】
図２は湯水混合弁の流量特性を示す図である。この流量特性は、給湯装置に一般的に求められている水量、湯量および水と湯とを合わせた総流量の変化を示したもので、横軸にシャフト１５の回転角度または弁体１８のストロークを表し、縦軸に流量を表している。給湯装置の流量特性は、水および湯を混合して出湯する混合領域と湯のみを制御する湯側制御域とを有している。なお、混合領域の最大流量の弁位置をａ、湯の最大流量の弁位置をｂで示している。
【００１９】
この流量特性で、最も特徴的なところは、混合領域の特性にある。すなわち、混合領域は、湯水比率可変の領域と湯水比率一定の領域とを有している点である。湯水比率可変の領域において、湯の流量変化については従来と同様の変化傾向を有しているが、水の流量変化については、弁ストロークの小さい位置では、少量の水量があり、弁ストロークが大きくなるに従って、水量が減るような特性にしている。
【００２０】
その後、混合領域の湯水比率一定の領域では、弁ストロークが大きくなるに従って、湯および水の混合比がほぼ一定で推移し、弁位置ａから弁位置ｂにかけて水がシャットダウンされ、そして、弁ストロークの大きい領域では、湯量のみの制御となる湯側制御域となる。
【００２１】
次に、この湯水混合弁の流量特性と照らし合わせて、湯水混合弁の動作を説明する。
まず、弁体１８が最も下に下がった弁ストローク最少位置Ａでは、図１に示したように、弁体１８の湯用弁体２０は閉じているが、弁体１８の水用弁体１９は水用弁座２１の出湯口１３側通路に位置していて、水側の弁が若干開いている状態になっている。これにより、出湯口１３側通路には、水側の弁を通過してきた水と湯側の弁から漏出してきた湯とが混合されて出てくる。総流量的には、どちらかというと水側から多く出るようになっている。
【００２２】
次に、アクチュエータ２３によるシャフト１５の回転駆動により、弁体１８が上昇すると、弁体１８の水用弁体１９は水用弁座２１に接近していくことにより弁開度が徐々に減少するため水量が絞られていく。一方、弁体１８の湯用弁体２０は、その中央部の糸巻き状にくびれた部分が湯用弁座２２に接近していくことで、弁開度が徐々に増加し、湯量が増えていく。
【００２３】
図３は混合領域における湯水比率一定の開始位置を示す湯水混合弁の断面図である。
混合領域の湯水比率一定の開始位置Ｂでは、弁体１８の水用弁体１９の小径部が水用弁座２１の第１弁座部の位置にあり、水量はこの弁部から漏出する量だけとなる。一方、弁体１８の湯用弁体２０に関しては、引き続き弁開度が徐々に増加し、ほぼリニアに湯量が増えている。
【００２４】
これ以降、弁体１８が上昇するにつれて、弁体１８の水用弁体１９の小径部は水用弁座２１の第１弁座部の位置から離れていくため、ここでの弁開度が徐々に増加し、ほぼリニアに水量が増えていくことになる。同時に、湯側の弁開度も徐々に増加し、湯量も増えていく。
【００２５】
その後、混合領域の湯水比率一定の領域が終了する弁位置ａでは、弁体１８の水用弁体１９の大径部が水用弁座２１の第２弁座部に接近し、その水用弁体１９の大径部と水用弁座２１の第２弁座部との間のオリフィスの通路面積が水用弁体１９の小径部と水用弁座２１の第１弁座部との間のオリフィスの通路面積に等しくなり、この弁位置ａが水側の弁の全開状態である。
【００２６】
さらに弁体１８が上昇すると、水用弁体１９の大径部と水用弁座２１の第２弁座部との間のオリフィスの通路面積が小さくなり、水量は急速に絞られるようになる。この水用弁座２１の第２弁座部の内径は、第１弁座部の内径よりもかなり大きいため、水用弁体１９の大径部が水用弁座２１の第２弁座部の直前に接近するまでは、基本的には水用弁体１９の小径部と水用弁座２１の第１弁座部とによる水量制御のみである。したがって、水用弁体１９の大径部と水用弁座２１の第２弁座部とによる弁は、その通路面積が非常に大きいために非常に小さいオリフィスでも大流量を流すことができることから、弁体１８の少ないストロークで水側通路を瞬時に閉めてしまうことができるのである。このとき、水側の通路が全閉するまでは、水用弁座２１の第２弁座部の全周にわたって流れるため、局所的な流れによって発生する通水音は大きく低減する。
【００２７】
図４は湯側制御域の開始位置を示す湯水混合弁の断面図である。
水用弁体１９の大径部が水用弁座２１の第２弁座部の入口位置に達すると、水側の弁は全閉となる弁位置ｂをとり、ここから、湯側制御域が開始される。この湯側制御域の開始位置Ｃにあるとき、湯側では、弁体１８の湯用弁体２０と湯用弁座２２との間のオリフィスの通路面積が最大になっており、湯側の弁は全開状態である。
【００２８】
さらに弁体１８が上昇すると、水用弁体１９の大径部が水用弁座２１の第２弁座部に嵌合するため、水側の弁は全閉位置を保持する。しかし、湯側の弁は、弁体１８の湯用弁体２０と湯用弁座２２との間のオリフィスの通路面積が全開状態から次第に小さくなっていくため、その弁開度は徐々に低下し、湯量はほぼリニアに減少していく。
【００２９】
図５は湯側制御域の終了位置を示す湯水混合弁の断面図である。
そして、弁体１８がその弁ストローク最大位置となる湯側制御域の終了位置Ｄに達すると、図５に示したように、水側の弁は全閉状態、湯側の弁も全閉状態になり、出湯口１３側通路には、ほとんど湯側の弁から漏出してきた湯が出てくるだけとなる。
【００３０】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明では、１つの制御弁にて構成される湯水混合弁において、水側通路に直動式の弁を配置して水側通路を締め切るように構成した。これにより、弁の締め切り時に流れる水は、流れが１ヶ所に集中するのではなく、弁体の外周にわたり分散して流れるため、流通音が低くなり、湯水混合弁の静音化を図ることができる。
【００３１】
また、流量特性において、湯水比率一定であった混合領域に湯水比率可変の領域を設け、弁ストローク最少位置で水の比率を大きくした流れとなるような構成とした。これにより、急激な温度変化にも対応することができるようになる。たとえば、追い炊き機能を持つ給湯装置において、熱交換器が１つで出湯用と追い炊き用との２系路を備えたタイプがある。このようなタイプのものでは、追い炊き機能を使用していて、途中から追い炊き・出湯の両方を使用するように切り換えた場合、熱交換器を共用する出湯側の系路内の水は、既に高温になっているため、出湯側の出始めが高温出湯になってしまう。本発明の湯水混合弁では、水の比率を大きくしたことにより、出始めの高温出湯を抑えることができ、出湯の出始めにいきなり高温のお湯が出てしまうことを回避することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による湯水混合弁の構成を示す断面図である。
【図２】湯水混合弁の流量特性を示す図である。
【図３】混合領域における湯水比率一定の開始位置を示す湯水混合弁の断面図である。
【図４】湯側制御域の開始位置を示す湯水混合弁の断面図である。
【図５】湯側制御域の終了位置を示す湯水混合弁の断面図である。
【図６】給湯装置の第１の構成例を示す図である。
【図７】給湯装置の流量特性を示す図である。
【図８】給湯装置の第２の構成例を示す図である。
【符号の説明】
１１ 給水口
１２ 給湯口
１３ 出湯口
１４ ボディ
１５ シャフト
１６ ハウジング
１７ ねじ部
１８ 弁体
１９ 水用弁体
２０ 湯用弁体
２１ 水用弁座
２２ 湯用弁座
２３ アクチュエータ

Claims (3)

1. 給湯口に供給された湯と給水口に供給された水とを混合して出湯口に送り出す湯水混合弁において、
   前記給湯口と前記出湯口との間の通路内に配置され、前記給湯口に供給された湯の流量を湯用弁体の移動方向に従って混合領域では最大流量まで増加し、湯側制御域では前記最大流量から減少するよう制御する湯側制御弁と、
   前記給水口と前記出湯口との間の通路内に配置され、前記給水口に供給された水の流量を水用弁体の移動方向に従って前記混合領域では所定の水量から減少させた後最大流量まで増加させ、さらに最大流量から最少流量へ切り換え、前記湯側制御域では前記最少流量に保持するよう制御し、前記最大流量から最少流量への切り換えを前記水用弁体の軸方向移動により行うようにした水側制御弁と、
   を備え、
   前記湯側制御弁は、前記給湯口と前記出湯口との間の通路内に形成された湯用弁座と、前記湯用弁座に貫通配置され前記湯側制御域の最大流量制御時に前記湯用弁座との間の隙間が最も大きくなるよう糸巻き状に中央がくびれた形状を有する湯用弁体とを備え、
   前記水側制御弁は、前記給水口と前記出湯口との間の通路内に配置され上流側に小さな通路径を有する第１弁座部と下流側に大きな通路径を有する第２弁座部とからなる水用弁座と、前記第１弁座部を軸方向へ貫通移動することにより前記混合領域で所定の水量から減少させた後最大流量まで増加させる制御を行う第１弁体部と前記最大流量への制御後に前記第２弁座部と協働して前記最少流量への切り換え制御を行う第２弁体部とからなる水用弁体とを備えていることを特徴とする湯水混合弁。
2. 前記湯用弁体および前記水用弁体は、一体に成形されていることを特徴とする請求項１記載の湯水混合弁。
3. 前記湯用弁体および前記水用弁体は、その軸方向にアクチュエータによって往復移動可能に配置されたシャフトに取り付けられていることを特徴とする請求項２記載の湯水混合弁。

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