JP4058707B2 - 混合比例弁 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等の熱交換器から出た湯と水との混合比を調節し、また、出湯量も比例制御することができるようにした混合比例弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
給湯器等の熱交換器から出た湯と水とを混合し、適温にして供給する際には、互いに対向する２個の流入口と各流入孔に設けた弁座、及び各流入口間に配置した１個の出口とを備えた弁本体を有する３方弁を用い、相対向する各流入口の弁座にそれぞれ当接する弁を備えた弁体を弁本体内で摺動自在に設け、この弁体の摺動により片側の弁座の開口が減少すると他側の弁座の開口が増加するようにし、この弁体を手動のレバーやコック等により作動することによって、湯と水の混合比を調節して混合水を供給する混合弁が用いられている。
【０００３】
上記のような混合弁を用いて、手動でその温度を所定の値に調節することは、湯の温度変化、水量の変化等により困難なため、これを自動的に調節することも行われており、弁本体から出る湯の温度を検出して駆動制御されるモータを用い、モータの回転によって上記弁体を弁本体内で摺動させたものも用いられている。
【０００４】
一方、給湯器等の熱交換器には能力の限界が存在し、熱交換器として、あまり大きなものを用いることができないときには、冬等の寒冷時に流入する水道水の温度が低温となっている時、混合弁の湯供給側の弁を最大に解放し、混合する水の量をゼロとしても、なお所定の温度迄上昇しないことがある。この時、湯の温度を上昇させるには、一定の熱量を供給している熱交換器を通る水の量を減少することにより、熱交換器から出る湯の温度を上昇させることができるので、上記の対策として、熱交換器側の流路中に比例弁としての出湯絞り弁を設け、温度に応じて出湯量を変えるようにしている。また、他の対策として、出湯絞り弁の弁として特殊な穴角度のボール弁を用い、湯側の水量調整を可能としたものも提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置において、湯と水の混合比を調節する混合弁を設けて温度に応じて混合比を変え、更に熱交換器側の流路中に比例弁としての出湯絞り弁を設け、温度に応じて出湯量を変えるようにしたものにおいては、流路中に混合弁と出湯絞り弁の２個のバルブを使用することになるため、設備費が高価なものとならざるを得ない。また、上記のような特殊な穴角度のボール弁を用い、湯側の流量調整を可能としたものにおいては、このボール弁で絞られる流体の音が大きく、騒音を発生するとともに、湯と水の混合特性や水量特性を変更したいとき、その調整がきわめて困難であるという欠点を有していた。上記欠点を解消するため、流体の管路を並列に複数設けて流量を大きくすることも考えられるが、その際には機構が複雑になり、その設備費も高価なものとなる。
【０００６】
したがって、本発明は、湯と水を混合する混合弁と流出湯量を比例制御する出湯絞り弁の機能を１つの装置により行うことができるようにし、簡単な構成で安価な装置とすることができる混合比例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】
本発明は、上記課題を解決するため、駆動装置により回転及び軸方向に摺動自在に設けられ、出湯絞り弁、湯弁及び前記出湯絞り弁と前記湯弁との間に形成したカムを備えたスピンドルと、
混合水出口、湯入口、水入口、前記混合水出口に設けた第１弁座、該第１弁座に対向して前記湯入口に固定した弁保持部に設けた第２弁座及び前記水入口に設けた第３弁座を備えた弁本体と、
前記弁本体に対して摺動自在に支持され一端が前記スピンドルの前記カムに当接するように付勢されたロッド及び弁部を備えた水弁とからなる混合比例弁であって、
前記スピンドルの回転に伴う前記カムの回転により前記水弁が前記第３弁座に密着する閉側に移動し、同時に前記スピンドルの軸方向の移動により前記湯弁が前記第２弁座から離れる開側に移動して湯と水の混合比を変えると共に、前記水弁が全閉し前記湯弁が全開後に前記出湯絞り弁が前記第１弁座に近接することで閉動作を開始し、前記スピンドルの前記軸方向の更なる移動により出湯量を減少するように、前記出湯絞り弁及び前記カムを設定したものである。
【０００８】
【作用】
本発明は、上記のように構成したので、駆動装置によりスピンドルが回転するとカムが回転し、それによりカムに当接する水弁が開閉すると共に、同時にスピンドルが軸方向に摺動することにより湯弁が連動して開閉し、更に、出湯絞り弁も連動して開閉させることができる。スピンドルの上記作動により、最初水と湯の混合比を変えて湯の温度制御を行い、水の量がゼロとなった後には出湯絞り弁により出湯量を比例的に変え、出湯温度を制御させる作動を行うことができるようになり、湯と水の混合比の調整弁と、出湯流量の比例制御を行う出湯絞り弁との機能を、１つの装置により簡単な構成で達成することができ、安価な混合比例弁装置とすることができる。
【０００９】
【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は本発明の実施例の断面図であり、弁本体１には図中下方で曲折されて横方向を向いている混合水出口２と、混合水出口２の開口方向と反対方向に開口している水入口３と、弁本体の上方に設けられ図１において一部正面図として図示されている湯入口４とを備えている。弁本体１には、また、混合水出口２部分に第１弁座５が、湯入口４部分に第２弁座６が、水入口３部分に第３弁座７が、各々形成されており、第１弁座５と第１弁座に対向して湯入口に固定した弁保持部に設けた第２弁座６は互いに対向しているとともに、第３弁座７は弁本体１の外部に向けて形成されている。弁本体１の上端部にはパルスモータ８をボルトにより固定し、パルスモータ８から下方に延びる弁保持部１０は、弁本体１の上端開口から弁本体内に挿入されている。
【００１０】
水入口３の側部には管継手９を固定しており、図７の流体回路図にも示すように、管継手９の下端部には水道管と連結される水流入口１２が、上端部には温水器の熱交換器４２と連結される熱交換器側出口１３が、また側部には、前記水入口３と連結され、水流入口１２からの水を、熱交換器４２をバイパスして混合比例弁１８に供給する水バイパス口１４を備えている。なお、図１の実施例においては、流量計１５が水流入口１２の近傍に設けられ、水流を受けて回転する羽根１６に設けた永久磁石の回転を、管継手９の外部に固定したリードスイッチ、ホール素子等により検出し、総供給水量を検出している。
【００１１】
弁本体１内には、スピンドル１１が上下動可能で且つ回転可能に収納されており、スピンドル１１の上端部に形成した連結部１７は、パルスモータ８の駆動軸と連結している。スピンドル１１の連結部１７は雄型セレーションが形成され、駆動軸の下端に形成された略同形状の雌型セレーションにより、上下方向に摺動自在に嵌合している。スピンドル１１の連結部１７の下部外周には雄ねじ部２１が形成され、弁保持部１０の内周に形成した雌ねじ部２２と螺合している。雄ねじ部２１と雌ねじ部２２のねじのピッチは、図示実施例においては、スピンドルが１８０度乃至３６０度回転することにより、スピンドル１１の所定の上下動ストロークの全てが行われる程度に設定している。
【００１２】
スピンドル１１の下端には、前記混合水出口２部分に設けた第１弁座５に対向して、弁からの出湯量を調量する出湯絞り弁２３が形成され、スピンドル１１の中間部には湯入口４部分に設けた湯調量弁としての湯弁２４が形成されており、出湯絞り弁２３は下方に、また、湯弁２４は上方に各々弁座当接部分が形成されている。スピンドル１１の出湯絞り弁２３と湯弁２４間の軸にはカム２５が形成され、このカムは図中実施例のものにおいては最大高さ部分から基円部迄略１２０度程度に形成されている。
【００１３】
弁本体１の水入口３における第３弁座７部分は、図２に一部拡大図として示しているように、中心部にガイド孔２６を備えた軸支部２７を複数の支持体２８によって支持して設けており、支持体２８の周囲には水が自由に流通できる流通孔３０が形成されている。軸支部２７のガイド孔２６には、水調量弁としての水弁２９のロッド１９が摺動自在に支持されており、水弁２９はロッド１９と一体に形成され、その周囲には弁部３１を形成している。
【００１４】
水弁２９のロッド１９の一端は、図１及び図２に示す状態においてスピンドル１１に設けたカム２５に当接し、また、ロッド１９の他端部には逆止弁３３を摺動自在に支持している。逆止弁３３の背面３４と、これに対向する水弁２９の背面３５間にはスプリング３６が縮設され、それにより水弁２９は第３弁座７に、また逆止弁３３は管継手９の水バイパス孔１４に形成した第４弁座３７に各々当接する方向に付勢されている。なお、図１及び図２に示す状態においては、スプリング３６により逆止弁３３は第４弁座３７に押しつけられ、水弁２９はこれと一体に形成されたロッド１９がカム２５に押しつけられて、水弁２９は第３弁座７から離れている。
【００１５】
上記のように構成した混合比例弁１８が図１に示す状態においては、スピンドル１１は最も上方に移動しており、この時、スピンドル１１に形成したカム２５は、水弁２９のロッド１９に対して最も突出した位置の部分で停止している。それにより、スピンドルの出湯絞り弁２３は全開となり、湯弁２４は第２弁座６に密着して全閉となり、また、ロッド１９がカム２５によりスプリング３６に抗して押され、水弁２９の弁部３１は第３弁座７から最も離れて全開となっている。この時、混合水出口２に連結した給湯管４１の下流において湯の使用状態にないと、混合水出口２から水は流出せず、また、管継手９の内部と弁本体１の内部とは等圧のため、逆止弁３３は、スプリング３６に押圧されて第４弁座３７と密着している。この逆止弁３３は、給湯機使用直後、熱交換器の中には、余熱で温度が上昇した高温の湯が存在し、この湯がバイパスを通じて対流し、熱交換器の中の湯温が低下するのを防ぐことができる。
【００１６】
図１に示す状態から給湯管４１において湯の使用状態となると、水流入孔１２から管継手９内に水が流入し、一方は管継手９の熱交換器側出口１３から熱交換器４２内に流入し、他方は水バイパス孔１４からその水道圧によって逆止弁３３をスプリング３６に抗して解放し、水弁２９の周囲を通って流通孔３０から弁本体１内に流入する。この状態は図３に示されている。この時、熱交換器側に流入した水は、湯弁２４が閉じられているので混合比例弁１８内に流入することはなく、したがって、この状態で混合水出口側の図示されない弁が解放されると、全開している水弁２９からの水のみが混合比例弁１８から流出する。これは、図６において、パルスモータ８の駆動パルスが零で、モータが作動していないＡの状態として示されている。
【００１７】
次いで、パルスモータ８に駆動パルスを供給すると、モータの駆動軸が回転し、この駆動軸の雌型セレーション２０に挿入されているスピンドル１１の雄型セレーションを備えた連結部１７の連結によりスピンドル１１は回転する。セレーション２０とスピンドル１１の連結部とは回転不能で且つ上下動自由に連結されているので、弁保持部１０に形成した雌ねじ部２２とスピンドル１１の雄ねじ部２１との螺合によってスピンドル１１は降下し、湯弁２４は第２弁座６から離れて弁を徐々に開き始める。また、スピンドル１１の回転により水弁２９のロッド１９に当接するカム２５の高さは低くなるので、水弁２９は水道圧を背面３５に受け、また水流の動圧によって、更にスプリング３６の押圧力によりカム２５の表面に沿ってスピンドル１１側に移動し、水弁２９の弁部３１は第３弁座７側に移動し、閉弁作用をなす。このような作動はパルスモータへのパルスの増加とともに行われ、混合比例弁流量特性を示す図６において、ＡからＢのように推移する。すなわち、水は水弁２９により最初急激に絞られ、その後徐々にその変化は少なくなり、一方、湯は湯弁２４により最初徐々に開放し、その後開放の変化は少なくなる。その結果、湯と水の混合した混合水の流量は図中破線で示すように変化するが、熱交換器に与える熱量が一定であるので、熱交換器に流入する水量が減少して湯の温度が上昇しても、その分だけ水の量が多くなるので混合水の温度は変わらず、逆に、熱交換器に流入する水量が増加して湯の温度が低下しても、その分だけ水の量が減少するので混合水の温度は変わらず、いずれにしても混合水の温度は一定となる。
【００１８】
図６において、パルスモータ８へのモータ駆動パルスがＡからＣまでの間にスピンドル１１は最大で３６０度回転することとなるので、図６のように作動する実施例においては、ＡからＢの間をスピンドルが１２０度以内で作動するように設定している。パルスモータ６への駆動パルスの供給により、スピンドル１１は上記のように回転及び降下を行い、図示実施例のものにおいては、上記のようにモータ駆動パルスがＢにおいて、カム２５は最も低い基円部分に達し、この時水弁２９の弁部３１は第３弁座７に密着し、水の供給を停止する。一方、湯弁２４はこれ以上開放しても流量が増加しない実質的な最大開度に達している。また、出湯絞り弁２３は次第に第１弁座５に近づくが、第１弁座５からは充分に遠いので、実質的な弁作動は行われず、閉弁作用は行わない。各弁のこの位置は図４に示され、また、図６においてＢの位置として示されている。即ち、図６において、水は水弁全閉により水の流量はゼロとなり、湯は湯弁がこれ以上開放しても流量が増加しない実質的な全開により、水弁と湯弁によっては流量の変化しない領域に入る。
【００１９】
更にパルスモータへ駆動パルスを供給すると、水弁２９の全閉状態、及び湯弁２４の実質的な全開の上記状態は変化せず、それに対して、出湯絞り弁２３が第１弁座５に近接するため、混合水出口２から水が混合していない出湯量は次第に低下する。これは図６においてＢからＣまでの状態であり、パルスモータへの駆動パルス数と混合水の変化は比例関係にあり、比例弁として作用する。最終的には、図５に示すように、出湯絞り弁２３は第１弁座５に密着し、混合水出口からの流量は零となる。また、この時カム２５は、少なくとも未だ水弁２９のロッド１９に乗り上げることはなく、したがって図６におけるＡからＣまでの間は、スピンドル１１の回転では３６０度以内であり、この３６０度以内の回転の間にスピンドル１１は湯弁の全閉状態から出湯絞り弁の全閉状態までの全行程を移動する。
【００２０】
水弁２９の全開、湯弁２４の全閉状態からの上記作動において、図６におけるＡ−Ｂ間は、モータへの駆動パルスを変化しても湯と水の混合水の量には多少の変動はあるものの大きな変化はない。一方、給湯器の使用直後で熱交換器の中に高温の湯が存在し、更に余熱で温度が上昇していると、その温度を検知してパルスモータへのパルスの増減制御が行われ、常時熱交換器の温度に応じた混合状態となるように待機しているので、どのような時に栓を開放して湯を使用しても、混合湯は一定温度を維持することができる。したがって、シャワーの温度が熱くなったり冷たくなったりする「冷水サンドイッチ現象」を解消することができる。したがって、混合水の温度を検出し、その出力に応じてモータへの駆動パルスを制御することにより、混合水の量は大きな変化なしに、混合水の温度を所定の温度に維持することができる。
【００２１】
また図６のＢ−Ｃ間は、モータへの駆動パルスの増加に比例して出湯流量は減少し、常時一定の熱量を与えている熱交換器へ供給される水の量が減少するため、熱交換器からの湯の温度は上昇する。このＢとＣ間においては、モータへの駆動パルスを減少すると、当然上記と逆の作用をなし、混合水の温度は低下する。したがって、例えば冬季において、湯の比率を最大にし、すべて湯の状態にしても、なお混合水が充分な温度に達しないときにおいて、本発明では、モータへの駆動パルスを更に増大することにより出湯量は低下するものの、出湯温度は次第に上昇し、所定の希望温度とすることができる。そのため、この間においても、出湯温度を検出し、その出力に応じてモータへの駆動パルスを制御することにより、出湯温度を所定の温度に維持することが可能となる。
【００２２】
本発明は上記実施例として示した混合比例弁に限られることはなく、例えば、逆止弁３３を用いることがなくても、本発明の基本的な上記作動を行うことができることは当然であり、逆止弁３３を設けるに際しても、水弁２９の上流側の任意の箇所に各種の形態で設けることができ、また、スピンドル１１に設けるカム２５の位置は出湯絞り弁２３と湯弁２４間に限らず任意の位置に設けることができる。更に、スピンドル駆動装置としてパルスモータを用いることなく、直流モータ等任意のモータを使用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成したので、モータによるスピンドル１１の回転及び上下動により、最初は水と湯の混合比を変えて温度調節を行い、水弁２９の全閉により水の流量がゼロとなった後には、出湯絞り弁２３により出湯量を比例的に変えることにより熱交換器への水量調節を行って、出湯温度の調節を行うことができるようになり、湯と水の混合比の調整弁と、出湯量の制御を行う出湯絞り弁２３との機能を、１つの装置により簡単な構成で達成することができ、安価な混合比例弁とすることができる。更に、スピンドル１１に弁を形成することにより、従来の球形弁等を用いたものと比較して、弁を通る水流による騒音を減少させることができる。
【００２４】
また、水入口３に逆止弁３３を設けたものにおいては、給湯機の使用直後おいて、熱交換器の中には余熱で温度が上昇した高温の湯が存在し、この湯がバイパスを通じて対流し、熱交換器の中の湯温が低下することを防ぐことができる。逆止弁３３をロッド１９の他端に摺動自在に設けたものにおいては、逆止弁３３を水弁２９と一体化して全体を小型にすることができる。水弁２９と逆止弁３３との間にスプリング３６を縮設し、水弁２９を第３弁座７側に、逆止弁３３を第４弁座３７側に付勢したものにおいては、１つのスプリング３６により水弁２９と逆止弁３３の両弁を閉弁方向に付勢することができ、部品の共通化により安価なものとすることができるばかりでなく、小型の弁装置とすることができる。
【００２５】
弁本体１の水入口３に管継手９を連結し、両者間に水弁２９と逆止弁３３を配置したものにおいては、弁本体１と管継手９の分離部分に水弁２９や逆止弁３３等が配置され、これらの部品のメンテナンスが容易となる。逆止弁３３に当接する第４弁座３７を管継手９に形成したものにおいては、弁本体１に集中する弁座を分散することができ、その製造が容易となる。管継手９の水入口３に流量計１５を固定したものにおいては、混合比例弁全体が流量計１５を含めてユニット化され、小型化することができ、且つ製造が容易となる。スピンドル１１の出湯絞り弁２３と湯弁２４との間にカム２５を形成したものにおいては、出湯絞り弁２３と湯弁２４とのスペースを有効利用でき、混合比例弁全体を小型化することができる。スピンドル駆動装置としてパルスモータ８を用いたものにおいては、湯と水の混合比制御、及び出湯絞り弁２３の比例制御を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の非通水状態を示す断面図である。
【図２】同実施例の一部拡大断面図である。
【図３】本発明の実施例の作動を示す要部断面図であり、湯弁全閉、水弁全開、出湯絞り弁全開の通水状態を示している。
【図４】同湯弁全開、水弁全閉、出湯絞り弁全開の通水状態を示している。
【図５】同湯弁全開、水弁全閉、出湯絞り弁全閉に非通水状態を示している。
【図６】本発明の混合比例弁の流量特性図である。
【図７】本発明の混合比例弁を適用する例の流体回路図である。
【符号の説明】
１ 弁本体
２ 混合水出口
３ 水入口
４ 湯入口
５ 第１弁座
６ 第２弁座
７ 第３弁座
８ パルスモータ
９ 管継手
１０ 弁保持部
１２ 水流入口
１３ 熱交換器側出口
１４ 水バイパス口
１５ 流量計
１６ 羽根
１１ スピンドル
１７ 連結部
１８ 混合比例弁
１９ ロッド
２０ セレーション
２１ 雄ねじ部
２２ 雌ねじ部
２３ 出湯絞り弁
２４ 湯弁
２５ カム
２６ ガイド孔
２７ 軸支部
２８ 支持体
２９ 水弁
３０ 流通孔
３１ 弁部
３２ オリフイス
３３ 逆止弁
３４ 背面
３５ 背面
３６ スプリング
３７ 第４弁座
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器等の熱交換器から出た湯と水との混合比を調節し、また、出湯量も比例制御することができるようにした混合比例弁に関する。
【０００２】
【従来の技術】
給湯器等の熱交換器から出た湯と水とを混合し、適温にして供給する際には、互いに対向する２個の流入口と各流入孔に設けた弁座、及び各流入口間に配置した１個の出口とを備えた弁本体を有する３方弁を用い、相対向する各流入口の弁座にそれぞれ当接する弁を備えた弁体を弁本体内で摺動自在に設け、この弁体の摺動により片側の弁座の開口が減少すると他側の弁座の開口が増加するようにし、この弁体を手動のレバーやコック等により作動することによって、湯と水の混合比を調節して混合水を供給する混合弁が用いられている。
【０００３】
上記のような混合弁を用いて、手動でその温度を所定の値に調節することは、湯の温度変化、水量の変化等により困難なため、これを自動的に調節することも行われており、弁本体から出る湯の温度を検出して駆動制御されるモータを用い、モータの回転によって上記弁体を弁本体内で摺動させたものも用いられている。
【０００４】
一方、給湯器等の熱交換器には能力の限界が存在し、熱交換器として、あまり大きなものを用いることができないときには、冬等の寒冷時に流入する水道水の温度が低温となっている時、混合弁の湯供給側の弁を最大に解放し、混合する水の量をゼロとしても、なお所定の温度迄上昇しないことがある。この時、湯の温度を上昇させるには、一定の熱量を供給している熱交換器を通る水の量を減少することにより、熱交換器から出る湯の温度を上昇させることができるので、上記の対策として、熱交換器側の流路中に比例弁としての出湯絞り弁を設け、温度に応じて出湯量を変えるようにしている。また、他の対策として、出湯絞り弁の弁として特殊な穴角度のボール弁を用い、湯側の水量調整を可能としたものも提案されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来の装置において、湯と水の混合比を調節する混合弁を設けて温度に応じて混合比を変え、更に熱交換器側の流路中に比例弁としての出湯絞り弁を設け、温度に応じて出湯量を変えるようにしたものにおいては、流路中に混合弁と出湯絞り弁の２個のバルブを使用することになるため、設備費が高価なものとならざるを得ない。また、上記のような特殊な穴角度のボール弁を用い、湯側の流量調整を可能としたものにおいては、このボール弁で絞られる流体の音が大きく、騒音を発生するとともに、湯と水の混合特性や水量特性を変更したいとき、その調整がきわめて困難であるという欠点を有していた。上記欠点を解消するため、流体の管路を並列に複数設けて流量を大きくすることも考えられるが、その際には機構が複雑になり、その設備費も高価なものとなる。
【０００６】
したがって、本発明は、湯と水を混合する混合弁と流出湯量を比例制御する出湯絞り弁の機能を１つの装置により行うことができるようにし、簡単な構成で安価な装置とすることができる混合比例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】
本発明は、上記課題を解決するため、駆動装置により回転及び軸方向に摺動自在に設けられ、出湯絞り弁、湯弁及び前記出湯絞り弁と前記湯弁との間に形成したカムを備えたスピンドルと、
混合水出口、湯入口、水入口、前記混合水出口に設けた第１弁座、該第１弁座に対向して前記湯入口に固定した弁保持部に設けた第２弁座及び前記水入口に設けた第３弁座を備えた弁本体と、
前記弁本体に対して摺動自在に支持され一端が前記スピンドルの前記カムに当接するように付勢されたロッド及び弁部を備えた水弁とからなる混合比例弁であって、
前記スピンドルの回転に伴う前記カムの回転により前記水弁が前記第３弁座に密着する閉側に移動し、同時に前記スピンドルの軸方向の移動により前記湯弁が前記第２弁座から離れる開側に移動して湯と水の混合比を変えると共に、前記水弁が全閉し前記湯弁が全開後に前記出湯絞り弁が前記第１弁座に近接することで閉動作を開始し、前記スピンドルの前記軸方向の更なる移動により出湯量を減少するように、前記出湯絞り弁及び前記カムを設定したものである。
【０００８】
【作用】
本発明は、上記のように構成したので、駆動装置によりスピンドルが回転するとカムが回転し、それによりカムに当接する水弁が開閉すると共に、同時にスピンドルが軸方向に摺動することにより湯弁が連動して開閉し、更に、出湯絞り弁も連動して開閉させることができる。スピンドルの上記作動により、最初水と湯の混合比を変えて湯の温度制御を行い、水の量がゼロとなった後には出湯絞り弁により出湯量を比例的に変え、出湯温度を制御させる作動を行うことができるようになり、湯と水の混合比の調整弁と、出湯流量の比例制御を行う出湯絞り弁との機能を、１つの装置により簡単な構成で達成することができ、安価な混合比例弁装置とすることができる。
【０００９】
【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は本発明の実施例の断面図であり、弁本体１には図中下方で曲折されて横方向を向いている混合水出口２と、混合水出口２の開口方向と反対方向に開口している水入口３と、弁本体の上方に設けられ図１において一部正面図として図示されている湯入口４とを備えている。弁本体１には、また、混合水出口２部分に第１弁座５が、湯入口４部分に第２弁座６が、水入口３部分に第３弁座７が、各々形成されており、第１弁座５と第１弁座に対向して湯入口に固定した弁保持部に設けた第２弁座６は互いに対向しているとともに、第３弁座７は弁本体１の外部に向けて形成されている。弁本体１の上端部にはパルスモータ８をボルトにより固定し、パルスモータ８から下方に延びる弁保持部１０は、弁本体１の上端開口から弁本体内に挿入されている。
【００１０】
水入口３の側部には管継手９を固定しており、図７の流体回路図にも示すように、管継手９の下端部には水道管と連結される水流入口１２が、上端部には温水器の熱交換器４２と連結される熱交換器側出口１３が、また側部には、前記水入口３と連結され、水流入口１２からの水を、熱交換器４２をバイパスして混合比例弁１８に供給する水バイパス口１４を備えている。なお、図１の実施例においては、流量計１５が水流入口１２の近傍に設けられ、水流を受けて回転する羽根１６に設けた永久磁石の回転を、管継手９の外部に固定したリードスイッチ、ホール素子等により検出し、総供給水量を検出している。
【００１１】
弁本体１内には、スピンドル１１が上下動可能で且つ回転可能に収納されており、スピンドル１１の上端部に形成した連結部１７は、パルスモータ８の駆動軸と連結している。スピンドル１１の連結部１７は雄型セレーションが形成され、駆動軸の下端に形成された略同形状の雌型セレーションにより、上下方向に摺動自在に嵌合している。スピンドル１１の連結部１７の下部外周には雄ねじ部２１が形成され、弁保持部１０の内周に形成した雌ねじ部２２と螺合している。雄ねじ部２１と雌ねじ部２２のねじのピッチは、図示実施例においては、スピンドルが１８０度乃至３６０度回転することにより、スピンドル１１の所定の上下動ストロークの全てが行われる程度に設定している。
【００１２】
スピンドル１１の下端には、前記混合水出口２部分に設けた第１弁座５に対向して、弁からの出湯量を調量する出湯絞り弁２３が形成され、スピンドル１１の中間部には湯入口４部分に設けた湯調量弁としての湯弁２４が形成されており、出湯絞り弁２３は下方に、また、湯弁２４は上方に各々弁座当接部分が形成されている。スピンドル１１の出湯絞り弁２３と湯弁２４間の軸にはカム２５が形成され、このカムは図中実施例のものにおいては最大高さ部分から基円部迄略１２０度程度に形成されている。
【００１３】
弁本体１の水入口３における第３弁座７部分は、図２に一部拡大図として示しているように、中心部にガイド孔２６を備えた軸支部２７を複数の支持体２８によって支持して設けており、支持体２８の周囲には水が自由に流通できる流通孔３０が形成されている。軸支部２７のガイド孔２６には、水調量弁としての水弁２９のロッド１９が摺動自在に支持されており、水弁２９はロッド１９と一体に形成され、その周囲には弁部３１を形成している。
【００１４】
水弁２９のロッド１９の一端は、図１及び図２に示す状態においてスピンドル１１に設けたカム２５に当接し、また、ロッド１９の他端部には逆止弁３３を摺動自在に支持している。逆止弁３３の背面３４と、これに対向する水弁２９の背面３５間にはスプリング３６が縮設され、それにより水弁２９は第３弁座７に、また逆止弁３３は管継手９の水バイパス孔１４に形成した第４弁座３７に各々当接する方向に付勢されている。なお、図１及び図２に示す状態においては、スプリング３６により逆止弁３３は第４弁座３７に押しつけられ、水弁２９はこれと一体に形成されたロッド１９がカム２５に押しつけられて、水弁２９は第３弁座７から離れている。
【００１５】
上記のように構成した混合比例弁１８が図１に示す状態においては、スピンドル１１は最も上方に移動しており、この時、スピンドル１１に形成したカム２５は、水弁２９のロッド１９に対して最も突出した位置の部分で停止している。それにより、スピンドルの出湯絞り弁２３は全開となり、湯弁２４は第２弁座６に密着して全閉となり、また、ロッド１９がカム２５によりスプリング３６に抗して押され、水弁２９の弁部３１は第３弁座７から最も離れて全開となっている。この時、混合水出口２に連結した給湯管４１の下流において湯の使用状態にないと、混合水出口２から水は流出せず、また、管継手９の内部と弁本体１の内部とは等圧のため、逆止弁３３は、スプリング３６に押圧されて第４弁座３７と密着している。この逆止弁３３は、給湯機使用直後、熱交換器の中には、余熱で温度が上昇した高温の湯が存在し、この湯がバイパスを通じて対流し、熱交換器の中の湯温が低下するのを防ぐことができる。
【００１６】
図１に示す状態から給湯管４１において湯の使用状態となると、水流入孔１２から管継手９内に水が流入し、一方は管継手９の熱交換器側出口１３から熱交換器４２内に流入し、他方は水バイパス孔１４からその水道圧によって逆止弁３３をスプリング３６に抗して解放し、水弁２９の周囲を通って流通孔３０から弁本体１内に流入する。この状態は図３に示されている。この時、熱交換器側に流入した水は、湯弁２４が閉じられているので混合比例弁１８内に流入することはなく、したがって、この状態で混合水出口側の図示されない弁が解放されると、全開している水弁２９からの水のみが混合比例弁１８から流出する。これは、図６において、パルスモータ８の駆動パルスが零で、モータが作動していないＡの状態として示されている。
【００１７】
次いで、パルスモータ８に駆動パルスを供給すると、モータの駆動軸が回転し、この駆動軸の雌型セレーション２０に挿入されているスピンドル１１の雄型セレーションを備えた連結部１７の連結によりスピンドル１１は回転する。セレーション２０とスピンドル１１の連結部とは回転不能で且つ上下動自由に連結されているので、弁保持部１０に形成した雌ねじ部２２とスピンドル１１の雄ねじ部２１との螺合によってスピンドル１１は降下し、湯弁２４は第２弁座６から離れて弁を徐々に開き始める。また、スピンドル１１の回転により水弁２９のロッド１９に当接するカム２５の高さは低くなるので、水弁２９は水道圧を背面３５に受け、また水流の動圧によって、更にスプリング３６の押圧力によりカム２５の表面に沿ってスピンドル１１側に移動し、水弁２９の弁部３１は第３弁座７側に移動し、閉弁作用をなす。このような作動はパルスモータへのパルスの増加とともに行われ、混合比例弁流量特性を示す図６において、ＡからＢのように推移する。すなわち、水は水弁２９により最初急激に絞られ、その後徐々にその変化は少なくなり、一方、湯は湯弁２４により最初徐々に開放し、その後開放の変化は少なくなる。その結果、湯と水の混合した混合水の流量は図中破線で示すように変化するが、熱交換器に与える熱量が一定であるので、熱交換器に流入する水量が減少して湯の温度が上昇しても、その分だけ水の量が多くなるので混合水の温度は変わらず、逆に、熱交換器に流入する水量が増加して湯の温度が低下しても、その分だけ水の量が減少するので混合水の温度は変わらず、いずれにしても混合水の温度は一定となる。
【００１８】
図６において、パルスモータ８へのモータ駆動パルスがＡからＣまでの間にスピンドル１１は最大で３６０度回転することとなるので、図６のように作動する実施例においては、ＡからＢの間をスピンドルが１２０度以内で作動するように設定している。パルスモータ６への駆動パルスの供給により、スピンドル１１は上記のように回転及び降下を行い、図示実施例のものにおいては、上記のようにモータ駆動パルスがＢにおいて、カム２５は最も低い基円部分に達し、この時水弁２９の弁部３１は第３弁座７に密着し、水の供給を停止する。一方、湯弁２４はこれ以上開放しても流量が増加しない実質的な最大開度に達している。また、出湯絞り弁２３は次第に第１弁座５に近づくが、第１弁座５からは充分に遠いので、実質的な弁作動は行われず、閉弁作用は行わない。各弁のこの位置は図４に示され、また、図６においてＢの位置として示されている。即ち、図６において、水は水弁全閉により水の流量はゼロとなり、湯は湯弁がこれ以上開放しても流量が増加しない実質的な全開により、水弁と湯弁によっては流量の変化しない領域に入る。
【００１９】
更にパルスモータへ駆動パルスを供給すると、水弁２９の全閉状態、及び湯弁２４の実質的な全開の上記状態は変化せず、それに対して、出湯絞り弁２３が第１弁座５に近接するため、混合水出口２から水が混合していない出湯量は次第に低下する。これは図６においてＢからＣまでの状態であり、パルスモータへの駆動パルス数と混合水の変化は比例関係にあり、比例弁として作用する。最終的には、図５に示すように、出湯絞り弁２３は第１弁座５に密着し、混合水出口からの流量は零となる。また、この時カム２５は、少なくとも未だ水弁２９のロッド１９に乗り上げることはなく、したがって図６におけるＡからＣまでの間は、スピンドル１１の回転では３６０度以内であり、この３６０度以内の回転の間にスピンドル１１は湯弁の全閉状態から出湯絞り弁の全閉状態までの全行程を移動する。
【００２０】
水弁２９の全開、湯弁２４の全閉状態からの上記作動において、図６におけるＡ−Ｂ間は、モータへの駆動パルスを変化しても湯と水の混合水の量には多少の変動はあるものの大きな変化はない。一方、給湯器の使用直後で熱交換器の中に高温の湯が存在し、更に余熱で温度が上昇していると、その温度を検知してパルスモータへのパルスの増減制御が行われ、常時熱交換器の温度に応じた混合状態となるように待機しているので、どのような時に栓を開放して湯を使用しても、混合湯は一定温度を維持することができる。したがって、シャワーの温度が熱くなったり冷たくなったりする「冷水サンドイッチ現象」を解消することができる。したがって、混合水の温度を検出し、その出力に応じてモータへの駆動パルスを制御することにより、混合水の量は大きな変化なしに、混合水の温度を所定の温度に維持することができる。
【００２１】
また図６のＢ−Ｃ間は、モータへの駆動パルスの増加に比例して出湯流量は減少し、常時一定の熱量を与えている熱交換器へ供給される水の量が減少するため、熱交換器からの湯の温度は上昇する。このＢとＣ間においては、モータへの駆動パルスを減少すると、当然上記と逆の作用をなし、混合水の温度は低下する。したがって、例えば冬季において、湯の比率を最大にし、すべて湯の状態にしても、なお混合水が充分な温度に達しないときにおいて、本発明では、モータへの駆動パルスを更に増大することにより出湯量は低下するものの、出湯温度は次第に上昇し、所定の希望温度とすることができる。そのため、この間においても、出湯温度を検出し、その出力に応じてモータへの駆動パルスを制御することにより、出湯温度を所定の温度に維持することが可能となる。
【００２２】
本発明は上記実施例として示した混合比例弁に限られることはなく、例えば、逆止弁３３を用いることがなくても、本発明の基本的な上記作動を行うことができることは当然であり、逆止弁３３を設けるに際しても、水弁２９の上流側の任意の箇所に各種の形態で設けることができ、また、スピンドル１１に設けるカム２５の位置は出湯絞り弁２３と湯弁２４間に限らず任意の位置に設けることができる。更に、スピンドル駆動装置としてパルスモータを用いることなく、直流モータ等任意のモータを使用することができる。
【００２３】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成したので、モータによるスピンドル１１の回転及び上下動により、最初は水と湯の混合比を変えて温度調節を行い、水弁２９の全閉により水の流量がゼロとなった後には、出湯絞り弁２３により出湯量を比例的に変えることにより熱交換器への水量調節を行って、出湯温度の調節を行うことができるようになり、湯と水の混合比の調整弁と、出湯量の制御を行う出湯絞り弁２３との機能を、１つの装置により簡単な構成で達成することができ、安価な混合比例弁とすることができる。更に、スピンドル１１に弁を形成することにより、従来の球形弁等を用いたものと比較して、弁を通る水流による騒音を減少させることができる。
【００２４】
また、水入口３に逆止弁３３を設けたものにおいては、給湯機の使用直後おいて、熱交換器の中には余熱で温度が上昇した高温の湯が存在し、この湯がバイパスを通じて対流し、熱交換器の中の湯温が低下することを防ぐことができる。逆止弁３３をロッド１９の他端に摺動自在に設けたものにおいては、逆止弁３３を水弁２９と一体化して全体を小型にすることができる。水弁２９と逆止弁３３との間にスプリング３６を縮設し、水弁２９を第３弁座７側に、逆止弁３３を第４弁座３７側に付勢したものにおいては、１つのスプリング３６により水弁２９と逆止弁３３の両弁を閉弁方向に付勢することができ、部品の共通化により安価なものとすることができるばかりでなく、小型の弁装置とすることができる。
【００２５】
弁本体１の水入口３に管継手９を連結し、両者間に水弁２９と逆止弁３３を配置したものにおいては、弁本体１と管継手９の分離部分に水弁２９や逆止弁３３等が配置され、これらの部品のメンテナンスが容易となる。逆止弁３３に当接する第４弁座３７を管継手９に形成したものにおいては、弁本体１に集中する弁座を分散することができ、その製造が容易となる。管継手９の水入口３に流量計１５を固定したものにおいては、混合比例弁全体が流量計１５を含めてユニット化され、小型化することができ、且つ製造が容易となる。スピンドル１１の出湯絞り弁２３と湯弁２４との間にカム２５を形成したものにおいては、出湯絞り弁２３と湯弁２４とのスペースを有効利用でき、混合比例弁全体を小型化することができる。スピンドル駆動装置としてパルスモータ８を用いたものにおいては、湯と水の混合比制御、及び出湯絞り弁２３の比例制御を正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例の非通水状態を示す断面図である。
【図２】同実施例の一部拡大断面図である。
【図３】本発明の実施例の作動を示す要部断面図であり、湯弁全閉、水弁全開、出湯絞り弁全開の通水状態を示している。
【図４】同湯弁全開、水弁全閉、出湯絞り弁全開の通水状態を示している。
【図５】同湯弁全開、水弁全閉、出湯絞り弁全閉に非通水状態を示している。
【図６】本発明の混合比例弁の流量特性図である。
【図７】本発明の混合比例弁を適用する例の流体回路図である。
【符号の説明】
１ 弁本体
２ 混合水出口
３ 水入口
４ 湯入口
５ 第１弁座
６ 第２弁座
７ 第３弁座
８ パルスモータ
９ 管継手
１０ 弁保持部
１２ 水流入口
１３ 熱交換器側出口
１４ 水バイパス口
１５ 流量計
１６ 羽根
１１ スピンドル
１７ 連結部
１８ 混合比例弁
１９ ロッド
２０ セレーション
２１ 雄ねじ部
２２ 雌ねじ部
２３ 出湯絞り弁
２４ 湯弁
２５ カム
２６ ガイド孔
２７ 軸支部
２８ 支持体
２９ 水弁
３０ 流通孔
３１ 弁部
３２ オリフイス
３３ 逆止弁
３４ 背面
３５ 背面
３６ スプリング
３７ 第４弁座
Claims (5)
- 駆動装置により回転及び軸方向に摺動自在に設けられ、出湯絞り弁、湯弁及び前記出湯絞り弁と前記湯弁との間に形成したカムを備えたスピンドルと、
混合水出口、湯入口、水入口、前記混合水出口に設けた第１弁座、該第１弁座に対向して前記湯入口に固定した弁保持部に設けた第２弁座及び前記水入口に設けた第３弁座を備えた弁本体と、
前記弁本体に対して摺動自在に支持され一端が前記スピンドルの前記カムに当接するように付勢されたロッド及び弁部を備えた水弁とからなる混合比例弁であって、
前記スピンドルの回転に伴う前記カムの回転により前記水弁が前記第３弁座に密着する閉側に移動し、同時に前記スピンドルの軸方向の移動により前記湯弁が前記第２弁座から離れる開側に移動して湯と水の混合比を変えると共に、前記水弁が全閉し前記湯弁が全開後に前記出湯絞り弁が前記第１弁座に近接することで閉動作を開始し、前記スピンドルの前記軸方向の更なる移動により出湯量を減少するように、前記出湯絞り弁及び前記カムを設定してなることを特徴とする混合比例弁。 - 前記水入口に逆止弁を設けてなることを特徴とする請求項１記載の混合比例弁。
- 前記逆止弁を前記ロッドの他端に摺動自在に設けてなることを特徴とする請求項２記載の混合比例弁。
- 前記弁本体の前記水入口に前記第３弁座に対向して設けた第４弁座を備えた管継手を連結し、両者間に前記水弁と前記逆止弁を配置してなることを特徴とする請求項２乃至請求項３のいずれかに記載の混合比例弁。
- 前記水弁と前記逆止弁との間にスプリングを縮設し、前記水弁を前記第３弁座側に、前記逆止弁を前記第４弁座側に付勢してなることを特徴とする請求項４記載の混合比例弁。
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