JP2021021408A - 流量調整弁 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構造のオリフィス部材を組み込むことで通水音を低減可能な流量調整弁を提供すること。【解決手段】流体導入口と流体導出口と弁座とを備えた弁ケースと、この弁ケース内で移動可能な弁体とを有し、弁体と弁座との間の隙間を可変とすることで流量を調整する流量調整弁であって、弁座と流体導出口との間にオリフィス部材を有する流量調整弁において、オリフィス部材は薄板リング状に形成され、且つ弁ケース内の通路面積を絞るためのリング状の本体部と、この本体部から内周側に突出するように三角形状に形成された複数の突出部を有する。【選択図】図２

Description

本発明は流量調整弁に関し、流体の通路における通路断面積を制限すると共に通水音を低減可能にするオリフィス部材を設けたものに関する。

従来から給湯器等の温水装置における流体の流量を調整する流量調整弁として、種々の構造の流量調整弁が実用に供されている。一般的な流量調整弁は、流体導入口と流体導出口と弁座とを備えた弁ケースと、この弁ケース内で移動可能な弁体を有する。この弁体と弁ケースの弁座との間の隙間を可変とすることによって、流量調整弁が流量を調整可能に構成されている。

流量調整弁には、複数のオリフィス部材が配設される場合がある。複数のオリフィス部材によって、その流量調整弁の入口側から出口側にかけて流体の圧力を段階的に小さくしている。これにより圧力差に起因する通水音を低減している。

例えば、特許文献１には、流量調整部よりも上流側の弁室に連通する流入通路の開口量を変更する開口量変更部材であって弁体と連動して進退する開口量変更部材を設け、この開口量変更部材により流量の減少に応じて上記の開口量を減少させ、通水騒音を低減させるようにした流量調整弁が開示されている。

一方、通水音を低減するものではないが特許文献２のように、ダクト内を流れる流体に複数の渦を生成するために、ダクト内に配設されるオリフィスの内縁部を、正弦曲線状に連続的に変化する形状に形成する技術が知られている。

特許第４６２６８０５号公報 特表２０１８−５１１４７９号公報

特許文献１の流量調整弁のように、開口量変更部材を設ける場合、弁体の構造に影響が出るため、流量調整弁の弁体として通常の弁体を適用できなくなるので、流量調整弁の製作費が高価になるという問題がある。上記の開口量変更部材を設けない場合には、弁体と弁座からなる流量調整部の付近における流体の流れに含まれる周方向の流れに起因する圧力損失が大きくなり、通水音を低減することが容易ではない。

また、特許文献２のようなオリフィスでは、オリフィスの内縁部の突出が大き過ぎて流体が流通する際の抵抗が増加してしまい、流量調整弁に適用したときに、良好な圧力差−流量特性（Ｐ−Ｑ特性）が得られない。

本発明の目的は、簡単な構造のオリフィス部材を組み込むことで通水音を低減可能な流量調整弁を提供することである。

請求項１の流量調整弁は、流体導入口と流体導出口と弁座とを備えた弁ケースと、この弁ケース内で移動可能な弁体とを有し、前記弁体と前記弁座との間の隙間を可変とすることで流量を調整する流量調整弁であって、前記弁座と前記流体導出口との間にオリフィス部材を有する流量調整弁において、前記オリフィス部材は薄板リング状に形成され、且つ前記弁ケース内の通路面積を絞るためのリング状の本体部と、この本体部から内周側に突出するように三角形状に形成された複数の突出部を有することを特徴としている。

上記構成によれば、薄板リング状のオリフィス部材は、弁ケース内の通路面積を絞るためのリング状の本体部と、この本体部から内周側に突出するように三角形状に形成された複数の突出部を有する。このリング状の本体部の内周側を流通する流体には、本体部によって周方向を回転軸とする渦が発生すると共に、三角形状の複数の突出部によってその周方向の回転軸と異なる回転軸の渦が発生する。従って、回転軸が異なる渦の干渉により流体中の渦が不規則になるので、キャビテーションの発生に伴う流体が流通する音の共鳴が抑制される。

請求項２の流量調整弁は、請求項１の発明において、前記弁座より下流側において前記弁ケースには前記弁体の弁座側軸部を支持する支持部が設けられ、この支持部は複数のリブによって前記弁ケースと接続されており、前記オリフィス部材は前記突出部が複数の前記リブの間に位置するように配設されていることを特徴としている。
上記構成によれば、リブの間に突出部を配置するので、リブの間を流通する流体に対して突出部による渦の干渉作用を高めて、流体が流通する音の低減効果を高めることができる。

請求項３の流量調整弁は、請求項２の発明において、前記オリフィス部材の前記突出部の数は、前記リブの数と異なることを特徴としている。
上記構成によれば、複数の突出部のうちの何れかを必ずリブの間に位置させることができるので、流体が流通する音を低減させることができる。

請求項４の流量調整弁は、請求項１〜３の何れか１項の発明において、前記突出部は、頂角が７０度又は７０度近傍の角度、且つ突出高さが前記本体部の内径の１／１０又は１／１０の近傍の高さの三角形状であることを特徴としている。
上記構成によれば、オリフィス部材における通路断面積に占める突出部の面積を小さくすることができるので、流量調整弁の圧力損失を小さくすることができる。

本発明の流量調整弁によれば、流体が流通する音を低減させることができる。

本発明の実施例１に係る流量調整弁を流体導出口側から見た側面図である。 図１のII−II線要部断面図である。 実施例１のオリフィス部材の斜視図である。 現行品と本発明の流量調整弁単体の騒音測定結果を示す図である。 現行品又は本発明の流量調整弁を組み込んだ給湯器の騒音測定結果を示す図である。 実施例２のオリフィス部材の斜視図である。 実施例２に係る流量調整弁を流体導出口側から見た側面図である。

以下、本発明を実施するための形態について、実施例に基づいて説明する。

流量調整弁１は、給湯器等に組み込まれて湯水等の流体の流量を調整するものである。図１，図２に示すように、この流量調整弁１は、弁ケース２と、この弁ケース２の内部に夫々収容された弁体５と保持筒６と圧縮バネ７と、弁体５の軸心Ｘを中心として弁体５を回転駆動する駆動モータＭ（ステッピングモータ）とを備えている。弁体５は弁体部材３とスピンドル４とからなる。

弁ケース２は、金属製又は合成樹脂製であり、上記の軸心Ｘと同心状の中心軸を有する円筒状に形成されている。この円筒状の弁ケース２の一端が流体の出口（流体導出口９）であり、他端側に駆動モータＭが取り付けられている。弁ケース２の内部には弁室１０が形成され、弁室１０には弁体５が軸心Ｘに沿って移動可能なように組み込まれている。弁ケース２の筒壁部の流体導出口９寄りの部位には、弁ケース２の中心軸に直交するように弁室１０に連通する流体の入口（流体導入口８）が一体形成されている。また、弁ケース２の弁室１０と流体導出口９の間には、軸心Ｘと同心状の中心軸を有する環状の弁座１１が形成されている。

スピンドル４は、駆動モータＭ側から流体導出口９側に向かって順に、セレーション軸部４ａ、ネジ軸部４ｂ、シール軸部４ｃ、ピストン部４ｄ、挿通軸部４ｅ、弁座側軸部４ｆを有する。セレーション軸部４ａは、駆動モータＭ側の駆動ネジ部材１３のセレーション軸孔１３ａに回転伝達可能に連結されている。ネジ軸部４ｂは、保持筒６のネジ孔６ａに螺合されており、駆動モータＭによりセレーション軸部４ａを回転駆動することで、ネジ軸部４ｂ即ちスピンドル４を保持筒６に対して軸心Ｘの方向に移動させる。

シール軸部４ｃは、保持筒６の筒部６ｂに摺動可能に挿通され、シール部材１４によりシールされている。ピストン部４ｄには弁体部材３が装着され、ピストン部４ｄの外周部に装着されたシール部材１５によりシールされている。挿通軸部４ｅは弁体部材３に挿通され、弁座側軸部４ｆは先端が弁座１１を超えて流体導出口９側に延びている。保持筒６は、リング部材１６で位置規制されている。

弁座１１よりも流体導出口９側（下流側）において、弁ケース２にはスピンドル４の弁座側軸部４ｆを支持する環状の支持部１２が設けられている。この支持部１２は、円周３等分位置の３つのリブ１２ａで弁ケース２と接続されている。

弁体部材３は、弁座１１に対向する弁面部１７の環状溝に装着されたシール部材１７ａと、この弁面部１７から流体導出口９側に突出した軸部３ｂを有している。この弁面部１７及び軸部３ｂには挿通軸部４ｅが挿通され、弁体部材３が抜け落ちないように挿通軸部４ｅに装着されたストップリング１８で係止されている。

弁体部材３の駆動モータＭ側において、スピンドル４にはバネ受け１９が外嵌装着され、シール軸部４ｃと保持筒６の筒部６ｂにはバネ保持筒２０が外装され、このバネ保持筒２０の駆動モータＭ側の端部にはバネ受け部２０ａが形成されている。バネ保持筒２０にはコイル状の圧縮バネ７が外装され、圧縮バネ７の両端部分がバネ受け１９とバネ受け部２０ａで係止されている。

弁体部材３は、圧縮バネ７によってスピンドル４に対して流体導出口９に向かって弾性的に付勢され、ストップリング１８で受け止められている。これにより流量調整弁１の閉止時の弁座１１と弁面部１７のシール部材１７ａの密着性を向上させている。

駆動モータＭの回転駆動によって、弁体部材３が装着されたスピンドル４、即ち弁体５を弁ケース２内部で軸心Ｘに沿って進退駆動させる。弁体５を流体導出口９側に進出させて弁座１１と弁面部１７のシール部材１７ａを密着させると、流体が流れない閉止状態になる。

一方、弁体５を駆動モータＭ側に退入させて弁座１１と弁面部１７のシール部材１７ａを離隔させると、この隙間を流体が流通する。そして、弁面部１７（シール部材１７ａ）と弁座１１との間の隙間を可変とすることで流量を調整するように構成されている。尚、駆動モータＭを駆動制御する図示外の制御ユニットが設けられ、この制御ユニットによる駆動モータＭのステップ数制御を介して、弁体５の軸心Ｘ方向の位置を精密に制御し、流量が精密に調整される。

次に、弁座１１と流体導出口９との間に装着されるオリフィス部材３０と、流体導入口８に装着されるオリフィス部材３４について説明する。
図１〜図３に示すように、オリフィス部材３０は、オリフィス穴を有して厚さが例えば１ｍｍ程度の薄板リング状に形成されている。このオリフィス部材３０は、弁ケース２内の通路面積を絞るリング状の本体部３１と、本体部３１の内縁部３１ａから内周側に突出するように三角形状に形成された、例えば３つの突出部３２を有する。

突出部３２は、本体部３１の内周側に突出した頂角が例えば７０度程度の角度の三角形状であり、その高さ（突出長さ）は、本体部３１の内径の１／１０程度（例えば本体部３１の内径１３ｍｍに対して１．２〜１．５ｍｍ程度）である。オリフィス部材３０の３つの突出部３２は、本体部３１の円周３等分位置に形成されている。

オリフィス部材３０は、３つの突出部３２が、支持部１２を円周３等分位置で弁ケース２に接続する３つのリブ１２ａの間に夫々位置するように、流体導出口９の奥端部に固く嵌め込まれて固定されている。例えば、各突出部３２は、周方向に隣接する１対のリブ１２ａの間に位置であって、全突出部３２がリブ１２ａと重ならない周方向位置にある。

一方、流体導入口８の途中部には、オリフィス部材３０よりも大径のオリフィス穴を有する薄板リング状のオリフィス部材３４が装着されている。オリフィス部材３４により流量調整弁１の弁室１０における流体の圧力を低くして、流体が流量調整弁１を流通する際の圧力変動を緩やかにして、流体が流通する音を小さくできるようにしている。

以上説明した流量調整弁１の作用、効果について説明する。
図４は流量調整弁単独の騒音値の測定結果を示し、図５は流量調整弁を給湯器内に配設した騒音値の測定結果を示す。何れも流体として上水を流通させた状態の流量調整弁の流体が流通する音（通水音）を１ｍ離れた位置で測定している。

図４には、比較例として現行品の騒音値と本発明の流量調整弁１の騒音値とが記載されている。現行品とは、オリフィス部材３０が無いこと以外は流量調整弁１と同じ構造の流量調整弁である。この図４から分かるように、本発明の流量調整弁１の騒音値は、小流量から大流量に亙って、現行品の騒音値よりも約２〜３ｄＢ低くなっており、通水音が明らかに低減されている。

図５において、本発明の流量調整弁１の騒音値は、１５Ｌ／ｍｉｎよりも大流量では現行品の騒音値と略同等であるが、１５Ｌ／ｍｉｎよりも小流量では本発明の流量調整弁１の騒音値が現行品よりも約２〜５ｄＢ低くなっている。流量調整弁が給湯器に組み込まれたので、流量調整弁以外の部品の影響により最大流量が制限され、同じ流量における騒音値も単体の騒音値と異なっているが、現行品と比べて小流量側で通水音が明らかに低減されている。

以上の騒音値の測定結果について考察する。現行品ではオリフィス部材３０が無く、周方向に等間隔で形成されたリブ１２ａの間を流通する流体中に生成される渦が規則的になるため、キャビテーションの発生に伴う流体が流通する音が共鳴し、通水音が大きくなると推定される。一方、本発明の流量調整弁１では、オリフィス部材３０の複数の突出部３２によって流体中に生成される渦が現行品と比べて不規則になり、キャビテーションの発生に伴う流体が流通する音の共鳴が抑えられ、通水音が低減されたものと推定される。

また、突出部３２は、頂角が７０度又は７０度近傍であって、突出高さが本体部３１の内径の１／１０又は１／１０の近傍の高さの三角形状に形成されているので、突出部３２が通路断面積に占める割合が小さく、流体の流通時の抵抗を大きく増加させない。それ故、このオリフィス部材３０を有する流量調整弁１のＰ−Ｑ特性が大きく変化することがなく、良好なＰ−Ｑ特性を維持することができる。

次に、上記実施例１のオリフィス部材３０を図６のオリフィス部材３０Ａに変更した例について説明する。
流量調整弁１の構成は、上記実施例１と同様なので、同じ符号を付して説明を省略する。 オリフィス部材３０Ａは薄板リング状に形成され、弁ケース２内の通路面積を絞るリング状の本体部３１を有する。そして、支持部１２を円周３等分位置で弁ケース２に接続する３つのリブ１２ａに対して、本体部３１Ａの内縁部３１ａＡから内周側に突出するように三角形状に形成されたリブ１２ａと異なる数であってリブ１２ａより例えば１つ多い４つの突出部３２Ａを有する。これら４つの突出部３２Ａは、円周４等分位置に形成され、その形状、大きさは上記実施例１の突出部３２と同等である。

図７に示すように、オリフィス部材３０Ａは、３つのリブ１２ａの間に突出部３２Ａが１つ又は２つ位置するように、流体導出口９の奥端部に固く嵌め込まれて固定されている。オリフィス部材３０Ａを嵌め込む際に、又は製造上の寸法誤差等によってオリフィス部材３０Ａが固く固定されずに周方向に回転するような場合に、１つの突出部３２Ａが１つのリブ１２ａと重なる周方向位置になることがある。この場合でも、突出部３２Ａの数がリブ１２ａの数より多いので、少なくとも他の３つの突出部３２Ａが他の２つのリブ１２ａと重ならない周方向位置になる。そして、突出部３２Ａがリブ１２ａより１つ多いので、突出部３２Ａ毎に１対のリブ１２ａ間における位置が異なることになり、実施例１よりも共鳴が効果的に抑えられ通水音が低減されることになる。

次に、前記実施形態を部分的に変更する例について説明する。
前記支持部１２を弁ケース２に接続するリブ１２ａの数は、３に限らず、１や２でもよく、４以上でもよい。また、オリフィス部材に形成する突出部の数は、少なくとも２以上であり、リブ１２ａと同数以上が好ましく、リブ１２ａよりも１つ多いことが一層好ましい。リブ１２ａよりも１つ多い場合には、１対のリブ１２ａの間に必ず突出部を配置でき、且つ突出部の数をできるだけ少なくして圧力損失を小さくし、流量調整弁１のＰ−Ｑ特性の低下を抑えることができる。尚、突出部がリブ１２ａより少なくても、通水音の低減効果がある程度期待できる。

その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態をも包含するものである。

１ ：流量調整弁
２ ：弁ケース
３ ：弁体部材
４ ：スピンドル
４ｆ ：弁座側軸部
５ ：弁体
６ ：保持筒
７ ：圧縮バネ
８ ：流体導入口
９ ：流体導出口
１０ ：弁室
１１ ：弁座
１２ ：支持部
１２ａ ：リブ
１７ ：弁面部
１７ａ ：シール部材
１８ ：ストップリング
３０，３０Ａ ：オリフィス部材
３１，３１Ａ ：本体部
３１ａ，３１ａＡ ：内縁部
３２，３２Ａ ：突出部
３４ ：オリフィス部材
Ｍ ：駆動モータ

Claims (4)

1. 流体導入口と流体導出口と弁座とを備えた弁ケースと、この弁ケース内で移動可能な弁体とを有し、前記弁体と前記弁座との間の隙間を可変とすることで流量を調整する流量調整弁であって、前記弁座と前記流体導出口との間にオリフィス部材を有する流量調整弁において、
   前記オリフィス部材は薄板リング状に形成され、且つ前記弁ケース内の通路面積を絞るためのリング状の本体部と、この本体部から内周側に突出するように三角形状に形成された複数の突出部を有することを特徴とする流量調整弁。
2. 前記弁座より下流側において前記弁ケースには前記弁体の弁座側軸部を支持する支持部が設けられ、この支持部は複数のリブによって前記弁ケースと接続されており、前記オリフィス部材は前記突出部が複数の前記リブの間に位置するように配設されていることを特徴とする請求項１に記載の流量調整弁。
3. 前記オリフィス部材の前記突出部の数は、前記リブの数と異なることを特徴とする請求項２に記載の流量調整弁。
4. 前記突出部は、頂角が７０度又は７０度近傍の角度、且つ突出高さが前記本体部の内径の１／１０又は１／１０の近傍の高さの三角形状であることを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載の流量調整弁。