JP4801873B2 - サーモスタット混合弁 - Google Patents

Description

【０００１】
本発明は、サーモスタット混合弁に関し、さらに詳細には可変流量型サーモスタット混合弁に関する。
【０００２】
サーモスタット混合弁（ＴＭＶ）は、十分に確立されており、流体（水）を所望の温度で供給するように働く。この目的のために、ＴＭＶはサーモスタット装置を有し、混合された流体がサーモスタット装置の温度感応要素に衝突させられる混合域にその弁内を通って至る高温流体と低温流体の相対的な割当てを制御する。高温流量と低温流量の制御は、弁の高温および低温用吸入口を通る流体の流量を制御する弁部材にサーモスタット装置を動作可能に結合することによって実現する。したがって、混合流体温度の望ましくない上昇が見られるとき、このサーモスタット装置が膨張して、弁部材に高温用吸入口を経由する高温流量を削減させ、かつ低温用吸入口を経由する低温流量を増加させて流体の供給温度条件を所望の条件に回復し、混合流体温度に低下が見られるときは、逆に動作する。
【０００３】
実質的に３６０°形態の高温および低温用吸入口（弁部材によって制御する）を有し、その弁部材を滑動またはポペット弁装置によって構成することは確立されたやり方であり、この３６０°のポートに適切な流体流量を供給するために、ＴＭＶは、ＴＭＶケーシングに対して横方向に延在するかつそれぞれが弁ケーシング内部のそれぞれの環状チャンバに給水する流体供給ダクトを使用するのが一般であり、それぞれのチャンバ中に流体流量を収容するのに適切な壁構成がケーシング中に存在する。知られている設計では、通廊がＴＭＶのそれぞれの高温および低温用吸吸入口ポートを囲む。英国特許第ＧＢ−Ａ−２０９６２７４号およびフランス特許第ＦＲ−Ａ−１３１００２７号がこのような配置を示す。しかし本発明は、このような配置に必ずしも限定しない。
【０００４】
大口径ＴＭＶは、シャワーの集合、流しまたは浴槽などの多くの流出口を設けるために使用されている。これらのＴＭＶは、多くの流出口を同時に使用するとき、適切に混合された大量の水を通すことができなければならない。圧力を過度に大きく低下させないで大流量を通すように、ＴＭＶの内部配置を設計するべきである。このことは、内部通路が相対的に大きく、さらにサーモスタット要素回りの環状通路も、最大需要下で混合水の流れに対する制約が生じるのをいずれも避けるために相対的に大きくしなければならないことを意味する。
【０００５】
しかし、このような構成には欠点がある。大口径のサーモスタット混合弁でよく知られている問題の１つは、流量範囲にわたって高温水と低温水の十分な混合を実現する問題である。
【０００６】
混合水の需要が少ないとき、ＴＭＶを通過する高温および低温水流の速度が低下し、２つの水流を完全に混合するのに十分でなくなる。その結果、これらの水流が層流となるおそれがあり、高温給水と低温給水の混合が起こらないことになる。このようなことが起きれば、サーモスタット要素回りの水が完全に混合されず、その結果としてサーモスタット要素が誤った信号を受け取るおそれがある。このようなことが生じると、サーモスタット要素は、混合水の温度を制御するために必要とされるように膨張または収縮することができない。したがって、全体的な結果として、混合水の温度制御を失なうことになる。
【０００７】
この問題に対する１つの知られている手法は、（図１を参照して以下に例示かつ説明するように）相互に並行して動作する別体のＴＭＶを設けることである。大口径ＴＭＶの流出口に圧力降下弁または何らかの他の絞り装置などの追加的な装備を併用して、小口径のＴＭＶを大口径のＴＭＶと並行して取り付けることができる。したがって、混合水に対する需要が少ないとき、高温および低温水流は、小口径のＴＭＶのみを通過し、大口径のＴＭＶを通過しない。
【０００８】
この手法には、２つのＴＭＶと、大口径のＴＭＶの下流側にそのＴＭＶを装備するための比例流量弁（コストを追加する）などの絞り装置とを備える形態で、余分なハードウェアが必要であることに欠点がある。追加的な取り付けステップおよび保守も必要であり、温度調節は、２つの個々のＴＭＶ特性の関数である。
【０００９】
本発明の主目的は、高流量および低流量変動域全体にわたって流体を混合する問題を克服するＴＭＶに使用するための装置を提供することである。
【００１０】
特に、本発明の一つの目的は、高流量および低流量を共に自動的に処理できると共に、十分に効果的でかつ信頼性のあるサーモスタット混合制御機能を保持する単一のＴＭＶを提供することである。
【００１１】
以下でさらに詳細に説明する本発明の作用の原理によれば、その配置が高温および低温流体を混合するように構成され、低温流体に対する高温流体の混合比を調節することによって、所望の温度特性を一定のパラメータ以内に維持可能にする弁アクチュエータに動作可能に連結する手段を用いて混合流体の温度を検出し、さらに特に大流量において、温度制御機能を喪失することなく、混合流体の一部を迂回させる手段を設けたＴＭＶを提供する。
【００１２】
本発明は、特に、流体の流量変動域全体にわたって動作するためのサーモスタット混合弁を提供し、ハウジング部と、このハウジング部によって画定される動作スペース内に収容された動作部とを備え、前記動作部が、
第１および第２弁ポートをそれぞれ画定するために動作スペース内で移動可能な弁部材であって、前記弁部材の移動方向に応じて、前記第１の弁ポートが開いて行くと共に、第２の弁ポートが閉じて行き、かつ逆の場合も同様である弁部材と、
異なる温度で、第１および第２流体を前記第１および第２弁ポートにそれぞれ送出するための吸入口ダクト構造と、
前記流体を弁ポートから受け取りかつその混合を可能にするように構成された、前記動作スペース内の混合スペースと、
アクチュエータの少なくとも検出部分が、前記動作スペース内の検出スペース内に位置し、前記検出スペースが前記第１および第２弁ポートと連通し、それによって流体の混合物を受け取り、前記流体混合物の温度変化を打ち消すために弁部材を移動させるように構成された温度感応アクチュエータと、
前記検出スペースの下流側にある吐出スペースとを含み、
需要が少ないときに、アクチュエータの前記検出部分に密接に近接する前記検出スペースを経由して、混合流体を通過させると共に、需要が多い条件下で、前記混合物の一部が前記検出スペースを迂回することを可能にし、それによって流量を増加させることができるように、前記吐出スペースに、流体に対する需要に応じて別の弁手段が設けられている。
【００１３】
需要が多いときのみ開く弁の中に迂回路を設けることによって、流体が合流する場合に、それらの速度が、小流量および大全流量において、乱流および混合のために十分であるように構成することができる。
【００１４】
一つの実施形態では、この別の弁手段が、検出スペースの上流の点と下流の点の間における差圧の増大に応答して、前記点間のコンジットを開く圧力感応弁手段である。この別の弁手段は、一定の圧力降下を下回り、したがって、混合スペース内で効率的に流体を混合することが不可能になるような流量を下回る場合に閉じる。
【００１５】
検出スペースと動作スペースが区分可能であり、または実質的にハウジング内で１つのスペースとして形成可能である。
【００１６】
一つの実施形態では、前記動作スペースと動作部が、概ね円筒形であり、かつ弁の軸回りに回転対称を有する。温度感知アクチュエータは、中央に配置可能であり、前記軸に沿って延在する。弁部材は、第１および第２環状弁座の間を軸方向に移動し、それによって前記第１および第２弁ポートを環状ポートとして画定する円筒形の滑動弁でよい。吸入口ダクト構造は、弁軸の一方の側に対して進入口を備えることができ、前記弁ポートを取り囲む環状通廊スペースに給水する。
【００１７】
ここで、添付の図面を参照して、例としてのみ本発明の実施形態を説明する。
【００１８】
（実施形態の詳細な説明）
図１は、従来技術による可変需要型高温水システムで使用するサーモスタット混合弁の配置を示す。大容量のサーモスタット混合弁ＨＴＭおよび小容量のサーモスタット混合弁ＬＴＭに供給する高温給水Ｈと低温給水Ｃとが設けられている。２つの混合弁ＨＴＭおよびＬＴＭは、ＭＨおよびＭＬを介して混合給水Ｍにそれぞれ連結されている。
【００１９】
このような混合システムは、多数のシャワー管継手におけるように、流量が０から１００％容量まで変動可能なシステムを管理するように設計されている。需要が多いときは、給水ＨおよびＣの流量が大きくなり、出力混合給水Ｍが多くなる。それぞれの弁両端の圧力降下は、混合給水に対する需要と流体通路中の弁機構が示す制約に左右される。大きな圧力降下に応じる圧力弁によって、大流量混合弁ＨＴＭを経由する流れが可能になり、このＨＴＭでは、所望の温度で混合給水Ｍを供給するために、高温水と低温水を混合する。逆に需要が少ないときは、給水ＨおよびＣが、小流量混合弁ＬＴＭのみを経由するように経路指定することになり、このＬＴＭでは、所望の温度で混合給水Ｍを供給するために、それらの水を再度混合する。
【００２０】
弁の混合特性が流量変動域全体にわたって均一ではないので、可変的な需要環境では２つの混合弁が必要である。小型の混合弁の方が小流量で適正に機能するが、全体的な流量は限定される。大容量で適正な混合を行うように設計されている弁は、水の動きが遅いことによって、確実に完全混合するには乱流が不十分であることが主な原因で、小流量では適切に混合しないことになるので、単に大型の混合弁を使用することはできない。
【００２１】
単一の混合弁装置に比べて、２つのサーモスタット混合弁装置を装備するには、より多くの構成要素が必要であることが考えられる。１つの混合弁のみの代わりに２つの混合弁が必要なことに加えて、その取り付けには、圧力弁用の吸入口および流出口弁組立体、計器および配管などの追加的な部品が含まれることになる。吸入口および流出口供給部との連結も単一の混合弁に比べて複雑になろう。その上に、２つの別体のサーモスタットを使用することによって、流量変動域全体にわたって所望の温度を維持することがさらに困難になる。言うまでもなく、２つの弁に対する温度調節は、１つの弁に対する温度調節よりも複雑である。
【００２２】
図２Ａおよび２Ｂは、単一のサーモスタット混合弁の配置２内で、大流量と小流量を管理するスキームを示す図である。高温給水吸入口５および低温給水吸入口１０が、サーモスタット制御弁１５に給水する。この弁は水が混合される混合チャンバ２０に連結する。サーモスタット検出チャンバ２５を通って流出口チャンバ３０に至る流路が設けてある。一定の差圧がチャンバ２０と３０の間に存在する場合のみ、弁３５が、混合チャンバ２０から流出口チャンバ３０への水の追加的な指定経路となる。混合水は、流出口ポート４０から流出口チャンバを退出する。サーモスタット検出要素４５は、検出チャンバ２５中にあって、サーモスタット制御弁１５に対する制御を行う。
【００２３】
この制御弁は、混合チャンバ２０に供給される高温水と低温水の比率を制御することが可能であり、その動作をサーモスタット検出要素４５によって制御する。この検出要素４５の周囲の水温が上昇するとき、それが膨張して制御弁を動かし、必要な混合水の温度を維持するように、低温水の流量を増加させ、かつ高温水の流量を減少させる。同様に、混合水の温度が低下しすぎるときは、検出要素が収縮して制御弁１５を動かし、高温水の流量を増加させ、かつ低温水の流量を減少させる。このようにして、必要な混合水の温度を（少なくともほぼ）完全に維持する。
【００２４】
図２Ａは、比較的に少ない給水流量の場合を表す。高温および低温給水５、１０が、サーモスタット制御弁１５を経由して混合チャンバ２０内に供給される。完全に混合された給水が検出チャンバ２５を通過するが、そこでは検出要素４５が、混合水の温度を検出し、かつそれにしたがって、先に説明したように制御弁と協働して温度を制御する。次いで、この混合水は、流出口チャンバ３０および流出口ポート４０を通過して必要とされている給水口に至る。小さい圧力降下および小流量の下では、水の流れ全体が、経路５５によって示すように、混合チャンバ２５を通って流出口チャンバ３０に誘導されるように弁３５は閉じたままである。
【００２５】
図２Ｂは、大流量の場合を表す。混合弁の動作は実質的に上に示した通りであるが、一定の需要水準を超えると、高圧感応弁３５が開く。混合チャンバ２０から流れる混合給水が、経路６０によって示すように、ここでは追加的な指定経路を有することによって、この弁組立体が大流量を管理することできるようになる。混合給水は依然として低圧の場合の経路５５も辿り、混合水の正確な温度を検出することができる。需要が低下し、弁３５両端の差圧が小さくなると、この弁が閉じて、図２Ａで説明したように、混合水はより制約された経路に回帰することになる。単一の要素４５が、大流量と小流量条件で共に有効な温度制御を維持するために、検出チャンバを迂回する流体が検出チャンバ中の混合水に対応する混合水であるように、これらの流路がなされている必要があることは明らかである。即ち、この圧力感応弁に至る入り口を、主として相対的に未混合な高温または低温流体の経路から流体を引き込むように配置するべきではない。例示のために、以下に詳細な例を呈示する。このようにして、単一の弁組立体が、小流量および大流量を共に管理することができる。
【００２６】
図３Ａおよび３Ｂは、それぞれ軸方向および横方向の断面図において、本発明の一つの実施形態による可変流量型サーモスタット混合弁（ＴＭＶ）１００を示す。当業者なら、図３Ａに示すように、これらの弁部品の大半は、垂直に走る軸回りを環状に囲んで対称であることを理解しよう。
【００２７】
ＴＭＶ１００は、主本体１１０、カバー１１５および吐出部１２０を含むケーシング１０５を備え、主本体１１０が、それぞれの高温および低温水供給のための横方向のダクト１３０、１３２と、本体１１０を低温部と高温部に分割する隔壁１３５とを含む。この壁１３５は、それぞれのダクト１３０、１３２が通廊スペース内につながり、滑動弁タイプの円筒形弁部材１５０の端部座面が係合可能な対面座部１４０、１４５を設けるカバー１１５と吐出部１２０とを取り囲むように配置されており、環状（３６０°）の低温用吸入口ポート１５５が、座部１４０に存在すると共に、対応する環状高温用吸入口ポート１６０が座部１４５に存在し、これらのポートの大きさを弁部材１５０が制御する。
【００２８】
弁部材１５０の動きを、この弁部材１５０に結合しかつハウジング１６７に内蔵したサーモスタット・アクチュエータ１６５によって制御する。サーモスタット・アクチュエータ１６５は、このアクチュエータ１６５が、弁部材１５０を所望通りに動かすために必要な膨張を行うのを可能にする２つのサーモスタット装置１７０を備える。弁１５０の有効移動範囲を広げるために、ここで示すように、直列配置で作用する２つのサーモスタット装置を設けることができる。それぞれのサーモスタット装置１７０は、フランジ１８０から延長する温度感応（膨張可能な）要素１７５を備え、その装置には、このフランジ１８０の他方の面から延長する別の（非能動的）位置決め部分１８５を有する。これらの要素の相互連結構造は、本発明を特徴付けるものではない。この要素は、銅の微粉を充填したワックス材を含むのが一般的であり、そのワックスの温度が上昇するにつれて、内側にダイアフラムを押し付けて装置１７０の全長を伸ばす。
【００２９】
カバー１１０は、その中にねじを切って通した温度設定スピンドル１８５を有し、スピンドル１８５とカバー１１０の間にシールが設けてある。このスピンドル１８５が、サーモスタット・アクチュエータ１６５の位置設定をするために、ロッド装置１９０を介して、このアクチュエータ１６５と作用する。アクチュエータ１６５の外向きの動きに対して、吐出部１２０の肩部と弁部材１５０の環状リブ２１０の間に位置する戻りばね２００が抵抗となり、他方では、アクチュエータ１６５の過剰な膨張に対応するために、外側に位置する別のばね２２０をリブ１２０と上部フランジの間に配置する。
【００３０】
低温用供給ダクト１５５は、低温用吸入口ポート１５５を取り囲む環状チャンバ１５７（図示せず）に低温給水を供給し、そのチャンバの内側の境を弁部材１５０の壁が部分的に画定すると共に、同様のチャンバ１５８が、高温用供給ダクト１３２を経由して高温給水を受け取るように存在し、高温用吸入口ポート１６０を取り囲む。
【００３１】
検出チャンバ２２５は、サーモスタット・アクチュエータ１６５のサーモスタット装置１７０とサーモスタット・アクチュエータ・ハウジング１６７の内壁とによって画定されている。
【００３２】
ばね式逆止め弁２３０を、ケーシング１０５によって画定されるチャンバ２３５とサーモスタット・アクチュエータ・ハウジング１６７の間で環状に配置する。これらの弁は、チャンバ２３５全体の圧力降下が大きくなるのに応じて開く。
【００３３】
図４は、図３のＴＭＶの低圧動作を例示する。低温水は、ＴＭＶ１００に進入して、弁部材１５０の外周回りのチャンバ１５７と低温用弁座１４０との内部に入る。同様に、高温水がＴＭＶ１００に進入してチャンバ１５８内に入る。高温水および低温水はチャンバ２３５に進入して完全に混合される。小さな圧力降下では、逆止め弁２３０は閉じたままであり、したがって混合水が辿ることができる唯一の通路は、検出チャンバ１２５を通る。
【００３４】
混合水の温度をサーモスタット・アクチュエータ１６５によって制御する。このアクチュエータ１６５は、戻りばね２００に対抗して弁部材１５０を移動させる。要素１７０を取り囲む水の温度が上昇するとき、これらの要素が膨張して、弁部材１５０を高温用弁座１４５に向かってかつ低温用弁座１４０から離れる方向に移動させ、高温水の流入を削減しかつ低温水の流入を増大させる。逆に、これらの要素を取り囲む水の温度が低下するとき、これらの要素が収縮して、戻りばねが弁部材を低温用の弁座に向かってかつ高温用弁座から離れる方向に移動させ、それによって所望の混合水温度を維持するように、低温水の流入を削減しかつ高温水の流入を増大させる。次いでこの混合水が、吐出部１２０に進入して混合水流出口２４５に至る。
【００３５】
高温および低温水の流路を、通路２５５（白抜き矢印）および２６０（塗り潰し矢印）でそれぞれ示す。この水は、検出チャンバ２２５に進入する前に完全に混合されており、ここでは混合水を交互の白抜き矢印と塗り潰し矢印によって表す。
【００３６】
図５は、図３のＴＭＶの大流量動作を例示する。水が進入し、前述のように弁内で混合される。しかし、この場合は、逆止め弁両端の圧力降下が、この逆止め弁２３０を動作させるのに足りるほど大きい。これによって混合水が追加的な指定経路を辿って吐出部１２０に至り、さらにそこから流出口２４５に達することができる。流路を前述のように通路２５５および２６０によって示し、追加的な流通路２６５が弁２３０を通るのを示す。
【００３７】
圧力感応弁を追加することによって、単一の弁を小流量および大流量条件に使用することができる。
【００３８】
本発明は、上に詳細に説明した特定の実施例および応用例に限定されないことを当業者には理解されよう。これらの弁は、圧力に感応する任意のタイプでよい。これらの弁は、いったん一定の圧力に達してしまうと完全に開くばね装荷の逆止め弁でもよいし、または圧力の上昇に応じて漸進的に開くタイプの弁でもよい。これらの弁２３０が圧力の変化に対して順番に反応するように、それらを様々な圧力の値に応じるように構成することも可能である。したがって、圧力が増大するにつれて、開く弁の数が増え、圧力が低下するにつれて、これらの弁が再び閉まる。ここでは、検出要素の回りを環状に取り囲むように配置してこれらの弁２３０を例示するが、ＴＭＶが適切に機能できるために必要な流体を、所望の流体圧に応じて迂回させることができるように、個数の６を任意の構成または数にすることも可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術によるサーモスタット混合弁の配置を示す図である。
【図２】 本発明の一態様の概略を示す図である。
【図３Ａ】 本発明の一実施形態によるサーモスタット混合弁の軸方向断面を示す図である。
【図３Ｂ】 サーモスタット混合弁の図３Ａの線Ａ−Ａ’における径方向断面を示す図である。
【図４】 小流量でＴＭＶを通過する流体の流れを示す図である。
【図５】 大流量でＴＭＶを通過する流体の流れを示す図である。

Claims (10)

1. ハウジング部と、前記ハウジング部によって画定される動作スペース内に収容された動作部とを備える、流体の流量範囲にわたって動作するためのサーモスタット混合弁であって、前記動作部が、
   第１および第２弁ポートをそれぞれ画定するために動作スペース内で移動可能な弁部材であって、前記弁部材の移動方向に応じて、前記第１の弁ポートが開いて行くと共に、第２の弁ポートが閉じて行き、かつ逆の場合も同様である弁部材と、
   異なる温度で、第１および第２流体を前記第１および第２弁ポートにそれぞれ送出するためのダクトと、
   前記流体を弁ポートから受け取りかつその混合を可能にするように構成された、前記動作スペース内の混合スペースと、
   アクチュエータの少なくとも検出部分が、前記動作スペース内の検出スペース内に位置し、前記検出スペースが前記第１および第２弁ポートと連通し、それによって流体の混合物を受け取り、前記流体混合物の温度変化を打ち消すために弁部材を移動させるように構成された温度感応アクチュエータと、
   前記検出スペースの下流側にある吐出スペースとを含み、
   需要が少ないときに、アクチュエータの前記検出部分に密接に近接する前記検出スペースを経由して、混合流体を通過させると共に、需要が多い条件下で、前記混合物の一部が前記検出スペースを迂回することを可能にし、それによって流量を増加させることができるように、前記吐出スペースに、流体に対する需要に自動的に応じる別の弁手段が設けられており、該別の弁手段が、検出スペースの上流の点と下流の点の間における差圧の増大に応答して、前記点間の経路を開く圧力感応弁手段である、サーモスタット混合弁。
2. 別の弁手段が、ある差圧を下回り、したがって、ある流量を下回る場合に閉じる、請求項１に記載のサーモスタット混合弁。
3. 別の弁手段が、ある差圧に達した後で完全に開く多数のばね式逆止め弁である、請求項１または請求項２に記載のサーモスタット混合弁。
4. 別の弁手段が、差圧の上昇に応答して漸進的に開くタイプである、請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載のサーモスタット混合弁。
5. 別の弁手段が、前記差圧の変化に対して順番に反応するように、様々な圧力の値に応答するように構成されている複数の弁である、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のサーモスタット混合弁。
6. 検出スペースと動作スペースがハウジング内で１つのスペースとして形成されている、前記請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載のサーモスタット混合弁。
7. 前記動作スペースと動作部が、円筒形であり、かつ弁の軸回りに回転対称を有する、前記請求項１から請求項６までのいずれかに記載のサーモスタット混合弁。
8. 温度感知アクチュエータが、中央に構成され、かつ前記軸に沿って延在する、請求項７に記載のサーモスタット混合弁。
9. 前記弁部材が、第１および第２環状弁座の間を軸方向に移動し、それによって前記第１および第２弁ポートを環状ポートとして画定する円筒形の滑動弁である、請求項７または請求項８に記載のサーモスタット混合弁。
10. ダクトが、弁軸の一方の側に対して進入口を備え、前記弁ポートを取り囲む環状通廊スペースに給水する、請求項７から請求項９までのいずれか１項に記載のサーモスタット混合弁。

Images