JP2001020843A

JP2001020843A - 水圧バランサ

Info

Publication number: JP2001020843A
Application number: JP11194129A
Authority: JP
Inventors: Hisamitsu Kamida; 久光紙田
Original assignee: KAMITA SOGO SETSUBI KK
Current assignee: KAMITA SOGO SETSUBI KK
Priority date: 1999-07-08
Filing date: 1999-07-08
Publication date: 2001-01-23

Abstract

(57)【要約】【課題】系と圧力の異なる２つの水流の水圧を簡単な
構造で確実に平均化することができ、貯湯式給湯器の湯
水混合に用いることにより、給湯加圧ポンプの設置が省
け、貯湯タンクに負荷を与えることのない水圧バランサ
を提供する。【解決手段】ケーシング７内に水車８を収納し、該ケ
ーシング７内を入口から出口に流れる水流で水車８が回
転するように形成された回転駆動部２と、ケーシング１
７内に入口から出口に流れる水流を加圧するためのポン
プ羽根車２０を収納して形成された回転加圧部３と、回
転駆動部２の出力軸４と回転加圧部３の入力軸５を結合
する変速機構６とからなり、回転駆動部２の回転力で変
速機構６を介して回転加圧部３を駆動することにより、
２つの異なる系の水圧を平均化する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、系と圧力の異な
る２つの水流系統の水と湯等を混合する際、予め水圧を
平均化して混合を容易にするための水圧バランサ、例え
ば、貯湯式給湯器において、水と湯を混合して使用する
場合に、混合前の段階で双方の水圧を略近似値に近づけ
て、混合を容易にするための水圧バランサに関する。

【０００２】

【従来の技術】現在の地球環境を守るために、あらゆる
熱エネルギーの効率化について、各分野で真剣に取り組
みが行われており、電力需要においても深夜の余剰電力
を有効に活用し、昼夜の電力需要の平衡化に向けて努力
が払われている。

【０００３】そのなかにあって、深夜電力を利用する貯
湯式給湯器は、単位は小さくても数多く利用されるた
め、昼夜の電力需要の平均化に大きく献身している。

【０００４】ところで、深夜電力を利用する貯湯式給湯
器においては、缶体の法的規制によって、水圧を９８Ｋ
ｐａ（１Ｋｇｆ／ｃｍ² ）未満に抑えることが義務づけ
られており、実際の現場では８３Ｋｐａ（０．８５Ｋｇ
ｆ／ｃｍ² ）以下で使用されている。

【０００５】上記のように、貯湯式給湯器から取り出さ
れる温湯の水圧が低いと、湯水混合時において、水道水
である水と温湯の水圧に差が生じ、高圧の水と低圧の温
湯の水圧の差により混合が非常に困難になり、温湯の水
圧を上げないと特にシャワーなどの使用が不可能になる
場合がある。

【０００６】従来、上記のような貯湯式給湯器のもつ弱
点を補うため、給湯加圧ポンプを設置し、更に、管路中
に負圧空気抜き弁を付加する等の手段が採用されてい
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、貯湯タ
ンクに給湯加圧ポンプを設置する方法は、貯湯タンクの
缶体の強度上、貯湯タンクに大きな負圧がかかると、缶
体の呼吸作用によって金属疲労を生じ、缶体の寿命を縮
める原因になる。

【０００８】また、管路中に負圧空気抜き弁を付加する
方法は、ポンプが空気を吸い込み、騒音を発すると共
に、他の故障の発生原因になる。

【０００９】そこで、この発明の課題は、系と圧力の異
なる２つの水流の水圧を簡単な構造で確実に平均化する
ことができ、貯湯式給湯器の湯水混合に用いることによ
り、給湯加圧ポンプの設置が省け、貯湯タンクに影響を
及ぼす値の負圧を与えることのない水圧バランサを提供
することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】上記のような課題を解決
するため、請求項１の発明は、高水圧側の水流で回転力
を生じる回転駆動部と、系の異なる低水圧側の水流を加
圧する回転加圧部と、回転駆動部の出力軸と回転加圧部
の入力軸を結合する変速機構とからなり、回転駆動部の
回転力で変速機構を介して回転加圧部を駆動することに
より、２つの異なるの水圧を平均化するようにした構成
を採用したものである。

【００１１】請求項２の発明は、請求項１の発明におて
い、前記回転駆動部が、ケーシング内に水車を収納し、
該ケーシング内を入口から出口に流れる水流で水車が回
転するように形成され、前記回転加圧部は、ケーシング
内に入口から出口に流れる水流を加圧するための羽根車
を収納して形成され、上記回転駆動部の水車に連結した
出力軸と回転加圧部の羽根車に連結した入力軸を、出力
軸の回転を入力軸に加速して伝える変速機構を介して結
合した構成を採用したものである。

【００１２】請求項３の発明は、請求項１又は２の発明
において、前記変速機構が、入力軸に結合した太陽歯車
と固定内歯歯車の両者に遊星歯車を噛み合わせ、この遊
星歯車を支持する遊星歯車キャリアに出力軸を結合し、
出力軸の回転による遊星歯車の自転と公転で太陽歯車を
加速回転させるようになっている構成を採用したもので
ある。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、この発明の実施の形態を図
示例と共に説明する。

【００１４】図１乃至図３のように、水圧バランサ１
は、高水圧側の水流で回転力を生じる回転駆動部２と、
系の異なる低水圧側の水流を加圧する回転加圧部３と、
上記回転駆動部２の出力軸４と回転加圧部３の入力軸５
を結合する変速機構６とからなり、これらを上下に積み
重ねた状態で結合一体化し、回転駆動部２の回転力で変
速機構６を介して回転加圧部３を駆動することにより、
低水圧側の水流を加圧して昇圧することにより、高水圧
側の水流と低水圧側の水流の２つの異なる水圧を平均化
するようにしたものである。

【００１５】上記回転駆動部２は、ケーシング７内に収
納した水車８を該ケーシング７で回転可能に支持した出
力軸４に結合し、ケーシング７の両側の位置に高水圧側
水流の入口９と出口１０を内部と接線方向に連通するよ
う設け、該ケーシング７内を入口９から出口１０に流れ
る水流で水車８が回転するように形成され、水車８は出
力軸４の周囲に多数の羽根１１を放射状の配置で固定
し、入口９からケーシング７内に流入した水流が羽根１
１に作用することにより、水車８が回転することにな
る。なお、入口９のケーシング７内に臨む端部は、図４
に示すようにケーシング７内への開口端側が小径とな
るよう絞られ、高水圧側水流の流速と水圧を高めるよう
にしている。

【００１６】図４は乱流発生式の回転駆動部を示してい
る。

【００１７】この乱流発生式の回転駆動部は、小型の場
合に適し、図４のように、上記ケーシング７の内周で入
口９から出口１０に達する部分の間に、乱流発生用の凸
部１２と凹部１３が交互に設けられている。この凸部１
２と凹部１３のピッチと水車８に設けた羽根１１の出力
軸４を中心とした回転角度ピッチとは異なり、例えば、
水車８の羽根１１は３０°のピッチであるのに対し、凸
部１２と凹部１３のピッチは２２．５°に設定し、凸部
１２又は凹部１３と羽根１１の位相が回転方向で異なる
部分が生じるようにしている。

【００１８】通常の水車において、入口からケーシング
内に流入した水流は、羽根に作用して回転力を与えるこ
とになるが、羽根間に閉じ込められた水流は水車に対す
る駆動力としての効力が無くなるばかりか、むしろ駆動
力に対する負荷となり、従って、水流の駆動力は入口か
らケーシング内に流入した部分だけでしか得られないこ
とになる。

【００１９】これに対して、ケーシング７の内周に乱流
発生用の凸部１２と凹部１３を設けることにより、羽根
１１間の水流は凹部１３を介して下流側と通じることに
なり、このため、各凹部１３の部分において乱流が生
じ、この乱流は凹部１３の下流部分で羽根１１に作用す
ることになり、羽根１１の駆動力を大幅に向上させるこ
とができるという利点がある。

【００２０】図５は噴射ノズル式の回転駆動部を示して
いる。

【００２１】この噴射ノズル式の回転駆動部は、比較的
大型の場合に適し、図５に示すように、ケーシング７の
内周面で水車８の回転方向に沿う入口９と出口１０の間
に、水車８の回転方向に沿って流体を流動させつつ水車
８の羽根１１に対して噴流作用の生じる噴流経路１４が
設けられている。

【００２２】この噴流経路１４は、ケーシング７の内周
面に沿うよう、出力軸４を中心とした回転角度ピッチ
は、所定の幅で一定ピッチの波形となって連続し、この
波形の外周側の頂分と対応する内周側の部分に固定羽根
１５が残され、内周側の頂部の部分と、固定羽根１５間
がケーシング７の内周面に開口し、この開口部分の出口
側が噴流ノズル１６を形成している。

【００２３】上記固定羽根１５は、その内径面がケーシ
ング７の内周面そのままであり、噴流経路１４の波形は
内外周の頂部が弧状となり、この噴流経路１４の固定羽
根１５間の開口部分は、上流側が丁度ケーシング７の中
空室内に向けて、水車８の回転方向へ斜めに傾斜し、こ
れにより、水車８の羽根１１に対して回転方向に圧力を
加える噴流ノズル１６となる。

【００２４】前記噴流経路１４の開口部分のピッチと水
車８に設けた羽根１１の出力軸４を中心とした回転角度
ピッチとは異なり、例えば、水車８の羽根１１は３０°
のピッチであるのに対し、噴流経路１４の開口部分のピ
ッチは２２．５°に設定し、各開口部分と羽根１１の位
相が回転方向で異なる部分が生じるようにしている。

【００２５】次に、回転加圧部３は、図１と図６に示す
ように、ケーシング１７の下部中央に入口１８と外周部
に出口１９をそれぞれケーシング１７内と連通するよう
に設け、ケーシング１７内に入口１８から流入した水流
を出口１９に向けて加圧するためのポンプ羽根車２０
を、ケーシング１７で支持した入力軸５への固定によっ
て組み込んだ構造になっている。

【００２６】前記変速機構６は、回転駆動部２と回転加
圧部３の間に配置した筒状ケース２１を、回転駆動部２
の出力軸４及び回転加圧部３の入力軸５と同軸心上の配
置となるよう、三者をボルト２２で締結し、図１と図７
に示すように、この筒状ケース２１の内周面に固定内歯
歯車２３を出力軸４及び入力軸５と同軸心状となるよう
に設け、筒状ケース２１内に位置させた回転加圧部３の
入力軸５に太陽歯車２４を固定し、筒状ケース２１内に
位置させた回転駆動部２の出力軸４に遊星歯車キャリア
２５を固定し、該遊星歯車キャリア２５に枢止した複数
の遊星歯車２６を、上記固定内歯歯車２３と太陽歯車２
４に噛み合わせた構造になっている。

【００２７】この変速機構６は、出力軸４と共に遊星歯
車キャリア２５が回転すると、これに枢止した遊星歯車
２６は出力軸４を中心に公転動し、遊星歯車２６は固定
内歯歯車２３との噛み合いにより、公転動すると自転動
が生じ、太陽歯車２４に公転動と自転動を伝達し、従っ
て、太陽歯車２４とこれを固定した入力軸５を、出力軸
４よりも高速で加速回転させるようになっている。

【００２８】なお、変速機構６における出力軸４の回転
に対する入力軸５の加速回転のための比率は、固定内歯
歯車２３と太陽歯車２４及び遊星歯車２６の歯数の組み
合わせを選択することによって設定できると共に、回転
加圧部３は、回転駆動部２の停止時において、ポンプ羽
根車２０が停止していても、入口１８から出口１９への
水流の流れを可能にする構造になっている。

【００２９】この発明の水圧バランサは、上記のような
構成であり、回転駆動部２の入口９に水道水管路の入側
が、また、回転加圧部３の入口１８に貯湯式給湯器の給
湯管がそれぞれ接続され、回転駆動部２の出口１０と回
転加圧部３の出口１９には湯水混合管が接続され、湯水
混合及び水道水と温湯の単独取り出しが可能な配管にな
っている。ここで、水道水と温湯は別の系であり、水道
水の水圧は、貯湯式給湯器の給湯圧よりも高い条件にな
っている。

【００３０】湯水混合時において、水道水は回転駆動部
２のケーシング７内に入口９から流入し、その水圧で水
車８を回転させて出口１０に流出する。また、貯湯式給
湯器からの温湯は、回転加圧部３のケーシング１７内に
入口１８から流入して出口１９に流出する。

【００３１】上記回転駆動部２では、水道水の通過で水
車８が駆動されて回転し、この水車８と共に出力軸４を
介して遊星歯車キャリア２５が回転し、遊星歯車キャリ
ア２５に枢止した遊星歯車２６に公転動と自転動が生
じ、太陽歯車２４に公転動と自転動を伝達し、入力軸５
を介してポンプ羽根車２０を出力軸４よりも高速で加速
回転させる。

【００３２】回転加圧部３は、ポンプ羽根車２０の回転
により、ケーシング１７内を通過する温湯を加圧して昇
圧させることになり、従って、回転駆動部２を通過した
水道水の水圧に、温湯の水圧を近づけて両水圧を平均化
することにより、水道水と温湯の混合が非常に円滑に行
えることになる。

【００３３】すなわち、高水圧である水道水は、回転駆
動部２内で水車８を駆動することによる負荷で水圧は低
下し、これに対して、低水圧である貯湯式給湯器の温湯
は、回転加圧部３を通過するときポンプ羽根車２０の高
速回転により昇圧され、これにより、両水圧は互いに接
近して平均化することになり、下流側での水道水と温湯
の混合が支障なく行える。

【００３４】

【発明の効果】以上のように、この発明によると、高水
圧側の水流で回転力を生じる回転駆動部の出力軸と、系
の異なる低水圧側の水流を加圧する回転加圧部の入力軸
を、変速機構を介して結合し、回転駆動部の回転力で変
速機構を介して回転加圧部を駆動することにより、２つ
の異なる系の水圧を平均化するようにしたので、高圧側
の水流を駆動源として、変速機構により回転加圧部のポ
ンプ羽根車を高速で回転させることが可能になり、これ
により、低水圧側の水流を昇圧することができ、系の異
なる２つの水流の水圧を近づけることにより、圧力の異
なる２つの水流の混合が円滑に支障なく行えることにな
る。

【００３５】また、この水圧バランサを、水道水と貯湯
式給湯器による温湯の混合に用いることにより、貯湯式
給湯器に対する給湯加圧ポンプの設置が省け、貯湯タン
クに負荷を与えることがなくなり、耐久性の向上が図れ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】乱流発生式回転駆動部を用いた水圧バランサの
縦断正面図

【図２】乱流発生式回転駆動部を用いた水圧バランサの
分解斜視図

【図３】乱流発生式回転駆動部を用いた水圧バランサの
外形を示す正面図

【図４】水圧バランサの乱流発生式回転駆動部を示す横
断平面図

【図５】水圧バランサの噴射ノズル式回転駆動部を示す
横断平面図

【図６】水圧バランサの回転加圧部を示す横断平面図

【図７】水圧バランサの変速機構を示す横断平面図

【符号の説明】

１水圧バランサ２回転駆動部３回転加圧部４出力軸５入力軸６変速機構７ケーシング８水車９入口１０出口１１羽根１７ケーシング１８入口１９出口２０ポンプ羽根車２１筒状ケース２３固定内歯歯車２４太陽歯車２５遊星歯車キャリア２６遊星歯車

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高水圧側の水流で回転力を生じる回転駆
動部と、系の異なる低水圧側の水流を加圧する回転加圧
部と、回転駆動部の出力軸と回転加圧部の入力軸を結合
する変速機構とからなり、回転駆動部の回転力で変速機
構を介して回転加圧部を駆動することにより、２つの異
なるの水圧を平均化するようにしたことを特徴とする水
圧バランサ。
【請求項２】前記回転駆動部が、ケーシング内に水車
を収納し、該ケーシング内を入口から出口に流れる水流
で水車が回転するように形成され、前記回転加圧部は、
ケーシング内に入口から出口に流れる水流を加圧するた
めの羽根車を収納して形成され、上記回転駆動部の水車
を固定した出力軸と回転加圧部の羽根車に固定した入力
軸を、出力軸の回転を入力軸に加速して伝える変速機構
を介して結合したことを特徴とする請求項１に記載の水
圧バランサ。
【請求項３】前記変速機構が、入力軸に固定した太陽
歯車と固定内歯歯車の両者に遊星歯車を噛み合わせ、こ
の遊星歯車を支持する遊星歯車キャリアに出力軸を結合
し、出力軸の回転による遊星歯車の自転と公転で太陽歯
車を加速回転させるようになっていることを特徴とする
請求項１又は２に記載の水圧バランサ。