JP4823149B2 - 混合弁 - Google Patents

Description

本発明は、混合弁に係り、特に、水と湯を混合して所望の混合比率の温水を得るための給湯装置等に使用するのに好適な混合弁に関する。

この種の混合弁として、従来より、弁本体と、該弁本体内に回動可能に嵌挿された概略円筒状の弁体と、該弁体を回動させる駆動手段とを備え、前記弁本体に水導入口（継手）及び湯導入口（継手）を設けるとともに、前記弁体の周壁部に、前記水導入口及び湯導入口の開口面積を連続的に変化させるべく水用の第１開口部及び湯用の第２開口部を設け、もって、前記弁体を回動させることにより水と湯の混合比率を調整するようにした混合弁が知られている。

このような混合弁が用いられる給湯装置においては、通常、水道水等を分岐させて一方をそのまま水導入口へ、他方を熱交換器（加熱器）で加熱して、つまり水から湯に変えて湯導入口に導くようにされるが、その構成上、次のような考慮すべき課題がある。

すなわち、例えば、使用される水が極めて低温である寒冷時においては、湯導入口を全開、水導入口を全閉として、熱交換器により加熱された湯のみを導出口から送り出すようにしても、熱交換器による加熱力に限界があることから、得られる温水が所望温度にならないことがある。また、それとは別に、例えば、深夜電力を利用して加熱した温水をタンク内に貯留しておくようにされた給湯システムにおいて、タンク内に温水が残っていないとき等には、瞬間湯沸かし器のように水を迅速に昇温させたい場合がある。

かかる場合、所望温度の温水を得るには、熱交換器を通る水量を少なくすればよいが、これには熱交換器を通る水量調整用の流量調整弁等が必要となり、装置コストが上昇する等の問題がある。

そこで、下記特許文献１、２には、前記した如くの、水と湯の混合比率を調整する混合弁に、水導入口を全閉状態にしたもとで、湯の流量（混合弁から送り出される湯量）のみを調整（絞ることが）できるようにしたものが開示されている。

特開2002-22039号公報 特開平11-287337号公報

しかしながら、前記特許文献１に所載の混合弁では、弁本体の水導入口と湯導入口並びに弁体の第１開口部と第２開口部は、それぞれ湯水流下方向（弁体の回転軸線）に沿って段違いとなるように配置されているので、弁が縦方向に長くなり、大型化（配管系を含めた占有スペースの増大）、重量増等を招くとともに、弁本体や弁体等の成形精度が低下し、弁本体と弁体の表面積（接触面積）の増加や偏接触等による弁体を回転させる際の負荷（トルク）の増大、異物による悪影響（詰まり等による作動不良）の増加、クリアランスが大きくなることによる締め切り時の漏れ量の増大等を招来するおそれがあった。

また、前記特許文献２に所載の混合弁は、弁本体及び弁体に弁座や弁体部等を増設する必要があるので、混合弁（弁本体や弁体）の構造が複雑なものとなり、加工組立等に手間がかかり、装置コストが上昇する等の問題がある。

そこで、本願の発明者等は、大型化、重量増等を招くことなく、前記提案の混合弁と同様な機能（水と湯の混合機能及び湯量（のみの）絞り機能）が得られるように、水導入口及び湯導入口並び第１開口部及び第２開口部を同一平面上に設けることを検討している。

しかしながら、例えば、図８に例示される如くに、弁本体１０に水導入口１１及び湯導入口１２を、また、円筒状の弁体２０の周壁部２２に、例えば前記水導入口１１と湯導入口１２の口径Ｌと略等しい横幅（周方向長）を有する側面視矩形の第１開口部３１及び第２開口部３２を、それぞれ同一平面上に設ける場合、普通の方策では、水と湯の混合調量は可能であるが、湯量のみを絞ること、つまり、弁体２０により水導入口１１を全閉にした状態で、湯導入口１２の開口面積を弁体２０の回転角度に従いつつ最大から最小まで連続的に変化させることはできない。

詳細には、図８（Ａ）に示される如くに、水導入口１１の開口面積が最大、かつ、湯導入口１２の開口面積が最小（０＝全閉）となる弁体２０の位置を初期位置として、該初期位置から弁体２０を一方向に回転させた場合、その回転角度に従って、水導入口の開口面積（流量）が減少するとともに、湯導入口の開口面積（流量）が増大し、（Ｂ）に示される如くに、水導入口１１と湯導入口１２の開口面積（流量）が同じとなって混合比率が５０％：５０％となり、さらに、弁体２０を同じ方向に回転させると、（Ｃ）に示される如くに、水導入口の開口面積（流量）が漸減して０（全閉）となるとともに、湯導入口の開口面積（流量）が漸増して最大となる。

ところが、この状態から、さらに、弁体２０を同じ方向に回転させても、（Ｄ）、（Ｅ）、（Ｆ）に示される如くに、水導入口１１を全閉状態にしたまま、湯導入口１２の開口面積を弁体２０の回転角度に従いつつ最大から最小まで連続的に変化させることはできない。

そこで、本願の発明者等は、図７に例示される如くに、弁体２０に一つだけ開口部３０を設けることを検討している。

しかしながら、このように弁体２０に一つだけ開口部３０を設ける場合においても、普通の方策では、次のような理由から、水と湯の混合機能に加えて湯量絞り機能を付加することはできない。

すなわち、水導入口１１、湯導入口１２が同一平面上で対向配置されているとき、当該混合弁の特性は、弁体２０の外径ｄ、弁本体１０の内径Ｄ（ｄとＤは略等しい）、開口部３０の開口幅ｈ、水導入口１１の開口幅Ｈ、及び、湯導入口１２の開口幅Ｈ’により決定される。

いま、水導入口１１及び湯導入口１２の一端側の端縁部をＰ、Ｑ、他端側の端縁部をＲ、Ｓ、弁体２０の回転方向に沿ったＰ−Ｑ間の角度（閉塞幅）をＡ、弁体２０の回転方向に沿ったＲ−Ｓ間の角度（閉塞幅）をＢとすれば、混合機能を得るためには、前記角度Ｂは、前記開口幅ｈに相当する角度Ｃより小さいことが必要である。
条件（１）・・・Ｂ＜Ｃ

また、湯量絞り機能を付加するには、前記角度Ａは、前記開口幅ｈに相当する角度Ｃより大きいことが必要である。
条件（２）・・・Ａ＞Ｃ

しかし、図示例のように、水導入口１１、湯導入口１２が同一平面上で対向配置されている場合、Ａ＝Ｂとなる。そのため、上記条件（１）、（２）を同時に満たすことはできず、したがって、水と湯の混合機能に加えて湯量絞り機能を付加することはできない。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、大型化、重量増、成形精度の低下等を招くことなく、また、回転負荷の増大、作動不良の増加、漏れ量の増大等も招来することなく、水と湯を混合して迅速かつ正確に所望温度及び流量の温水を得ることができるとともに、水導入口を全閉にした状態で、湯量（のみ）を合理的に絞ることのできる、コンパクトで安価で有用な混合弁を提供することにある。

前記の目的を達成すべく、本発明に係る混合弁は、基本的には、水導入口が形成された水入口継手及び湯導入口が形成された湯入口継手が実質的に同一平面上に設けられるとともに、前記水導入口及び湯導入口の下流側に導出口が設けられた弁本体と、該弁本体内に回動可能に嵌挿され、その周壁部に前記水導入口及び湯導入口の開口面積を回転角度に従って連続的に変化させるべく、上側開口部と下側開口部が設けられた概略円筒状の弁体とを備える。

そして、前記弁体により前記水導入口を全閉にした状態で、前記湯導入口の開口面積を前記弁体の回転角度に従いつつ最大から最小まで連続的に変化させ得るように、前記弁本体に、前記水導入口及び湯導入口の一部を閉塞するとともに、前記弁体の外周壁面に摺接するように水側閉塞部及び湯側閉塞部が前記弁体の回転軸線に沿って段違いに形成され、かつ、前記上側開口部と下側開口部が前記回転軸線に沿って段違いに形成されるとともに、前記弁体の回転方向に沿って所定角度分重なるように形成されていることを特徴としている。

より好ましい態様では、前記水導入口の開口面積が最大、かつ、前記湯導入口の開口面積が最小となる前記弁体の位置を初期位置として、該初期位置から前記弁体を一方向に所定角度Ｒｂ回転させると、前記水導入口の開口面積が漸減して０となるとともに、前記湯導入口の開口面積が漸増して最大となり、この状態から前記弁体をさらに同じ方向に回転させると、前記水導入口が全閉状態のまま前記湯導入口の開口面積が漸減して最小となるように構成される。

本発明に係る混合弁では、弁本体の水側閉塞部と湯側閉塞部並びに弁体の上側開口部と下側開口部が弁体の回転軸線に沿って段違いに形成されるとともに、弁体の上側開口部と下側開口部が前記弁体の回転方向に沿って所定角度分重なるように形成されているので、大型化、重量増、成形精度の低下等を招くことなく、また、回転負荷の増大、作動不良の増加、漏れ量の増大等も招来することなく、水と湯を混合して迅速かつ正確に所望温度及び流量の温水を得ることができるとともに、水導入口を全閉にした状態で、湯量（のみ）を合理的に絞ることができ、その結果、コンパクトで安価で有用な混合弁を提供することが可能となる。

以下、本発明の混合弁の実施形態を図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明に係る混合弁の一実施形態を示す部分切欠縦断面図である。

図示実施形態の混合弁１は、例えば、水と湯を混合して所望温度の温水を得るための給湯装置等に使用されるもので、断面円形の弁室１４を有し、該弁室１４の側部に連なって水導入口１１を有する水入口継手１１Ａ及び湯導入口１２を有する湯入口継手１２Ａが設けられるとともに、弁室１４の下部に連なって導出口（継手）１３が設けられた弁本体１０と、該弁本体１０の弁室１４内に嵌挿支持されて回転軸線Ｏ回り回動可能とされた弁体２０と、該弁体２０を回動させる駆動手段としてのステッピングモータ（図示省略）を備えている。

前記水入口継手１１Ａと湯入口継手１２Ａは、同一平面上で１８０度の角度間隔をあけて対向配置され、前記弁本体１０には、図２、図４に示される如くに、前記水導入口１１及び湯導入口１２の一部を閉塞する水側閉塞部４１及び湯側閉塞部４２が前記弁体２０の回転軸線Ｏに沿って段違いに形成されている。この水側閉塞部４１及び湯側閉塞部４２は、それぞれ水導入口１１及び湯導入口１２の中央まで閉塞するように１／４円状に形成されている。

一方、前記弁体２０は、図３に示される如くに、概略天井部付き円筒状とされ、その周壁部２２が、前記水導入口１１及び湯導入口１２を閉塞するシール面部として機能するようにされ、かつ、前記周壁部２２に、水導入口１１及び湯導入口１２の開口面積を弁体２０の回転角度に従って連続的に変化させるべく、上側開口部３１と下側開口部３２が一体に連なった状態で形成されている。上側開口部３１と下側開口部３２は、弁体２０の回転軸線Ｏに沿って段違いに形成されており、弁体２０の回転角度で見て１００度〜１８０度分開口せしめられるとともに、前記弁体２０の回転方向に沿って相互に約４０度〜５０度重なるようにされている。

また、弁体２０の天井部２３の上面中央には、回転連結軸２５が突設されている。この回転連結軸２５の下部には、Ｏリング２９、２９（図１）が装着される、３段の鍔状部２８からなる溝が設けられ、その上部には、ステッピングモータと一体回転可能に連結するためのスプライン軸部２６及び非円形断面（Ｄカット形状等）の凸部２７が設けられている。また、弁体２０の下部には、弁室１４の内周面との間をシールするためのリング状弾性シール部材３９（図１）が装着される溝３６が設けられている。

弁本体１０の上部には、弁体２０の天井部２３と回転連結軸２５の下部（Ｏリング２９、２９が装着されている部分）を回転自在に支持する軸受１６が固定され、この軸受１６上に取付板を介して前記ステッピングモータが取り付けられる。

ここで、本実施形態の混合弁１では、水と湯の混合機能に加えて湯量絞り機能を付加することができる。

すなわち、前述した図７に示されるものと同様に、本実施形態の混合弁１においても、弁体２０の外径ｄ、弁本体１０の内径Ｄ（ｄとＤは略等しい）、水導入口１１の開口幅Ｈ、及び、湯導入口１２の開口幅Ｈ’とし、また、図４（Ａ）に示される如くに、水導入口１１及び湯導入口１２の上側の一端側の端縁部（湯側閉塞部４２を含む）をＰ’、Ｑ’、他端側の端縁部をＲ’、Ｓ’とし、図４（Ｂ）に示される如くに、水導入口１１及び湯導入口１２の下側の一端側の端縁部（水側閉塞部４１を含む）をＰ”、Ｑ”、他端側の端縁部をＲ’、Ｓ’とし、弁体２０の回転方向に沿ったＰ’−Ｑ’間及びＰ”−Ｑ”間の角度（閉塞幅）をそれぞれＡ’及びＡ”（ここでは、Ａ’＝Ａ”）、弁体２０の回転方向に沿ったＲ’−Ｓ’間及びＲ”−Ｓ”の角度（閉塞幅）をＢ’及びＢ”（ここでは、Ｂ’＝Ｂ”）、上側開口部３１及び下側開口部３２の開口幅に相当する角度をＣ’及びＣ”（ここでは、Ｃ’＝Ｃ”）、図４（Ｃ）に示される如くに、弁体２０の回転方向に沿ったＰ”−Ｑ’間の角度（総閉塞幅）をＴＡ、上側開口部３１と下側開口部３２の総開口幅に相当する角度をＴＣとすれば、水と湯の混合機能を得るためには、下記条件（１’）を満足させる必要がある。
条件（１’）・・・Ｂ’（＝Ｂ”）＜Ｃ’（＝Ｃ”）

また、湯量絞り機能を付加するには、下記条件（２’）を満足させる必要がある。
条件（２’）・・・Ａ’（＝Ａ”）＞Ｃ’（＝Ｃ”）、ＴＡ＞ＴＣ

本実施形態の混合弁１においては、上側開口部３１及び下側開口部３２や水側閉塞部４１及び湯側閉塞部４２の寸法形状等は、前記条件（１’）及び条件（２’）を同時に満足させることができ、しかも、必要な混合・流量特性を確保できるとともに、導入口１１、１２の面積に対して湯水の流入開口面積が可及的に大きくなるように設定されている。

実際に、かかる構成のもとで、例えば、図５（１）に示される如くに、上側開口部３１と下側開口部３２とが水導入口１１側に対面して、水導入口１１の開口面積が最大となり、かつ、湯導入口１２の開口面積が最小（０＝全閉）となる前記弁体２０の位置を初期位置として、該初期位置から前記弁体２０を一方向（時計回り）に回転させた場合、水導入口１１の開口面積（流量）及び湯導入口１２の開口面積（流量）は図６の模式図に示される如くに変化する。すなわち、その回転角度に従って、水導入口１１の開口面積（流量）が漸減するとともに、湯導入口１２の開口面積（流量）が漸増し、回転角度が所定角度Ｒａになると、図５（２）に示される如くに、水と湯の流量が同じとなって混合比率が５０％：５０％となり、さらに、弁体２０を所定角度Ｒｂまで回転させると、図５（３）に示される如くに、水導入口１１の開口面積（流量）が漸減して０（全閉）となるとともに、上側開口部３１と下側開口部３２とが湯導入口１２側に対面して、湯導入口１２の開口面積（流量）が漸増して最大となる。

この状態から、さらに、前記弁体２０を前記所定角度Ｒｂを越えて所定角度Ｒｃまで回転させると、図５（４）、（５）に示される如くに、水導入口１１が全閉の状態で、湯導入口１２の開口面積（流量）が、弁体２０の回転角度に従いつつ最大から最小まで連続的に変化する。

したがって、本実施形態の混合弁１においては、水導入口１１の開口面積が最大、かつ、湯導入口１２の開口面積が０となる弁体２０の位置を初期位置として、弁体２０を所定角度Ｒｂ〜所定角度Ｒｃの範囲内で回動させることにより、水導入口１１を全閉にした状態で、湯量（のみ）を絞ることができる。

このように、本実施形態の混合弁１では、水導入口１１及び湯導入口１２の一部を閉塞する水側閉塞部４１及び湯側閉塞部４２並びに上側開口部３１及び下側開口部３３が弁体２０の回転軸線０に沿って段違いに形成されるとともに、前記上側開口部３１と下側開口部３２とが前記弁体２０の回転方向に沿って所定角度分重なるようにされているので、大型化、重量増、成形精度の低下等を招くことなく、また、回転負荷の増大、作動不良の増加、漏れ量の増大等も招来することなく、水と湯を混合して迅速かつ正確に所望温度及び流量の温水を得ることができるとともに、水導入口を全閉にした状態で、湯量（のみ）を合理的に絞ることができ、その結果、コンパクトで安価で有用な混合弁を提供することが可能となる。

本発明に係る混合弁の一実施形態を示す部分切欠縦断面図。 （Ａ）は図１のＸ矢視部分切欠図、（Ｂ）は図１のＹ矢視部分切欠図。 図１に示される混合弁の弁体を示す斜視図。 （Ａ）は図１のＡ−Ａ矢視断面図、（Ｂ）は図１のＢ−Ｂ矢視断面図、（Ｃ）は（Ａ）と（Ｂ）の複合図。 図１に示される混合弁の動作説明に供される図。 図１に示される混合弁の特性を示すグラフ。 本発明が解決しようとする課題の説明に供される混合弁の水平断面図。 本発明が解決しようとする課題の説明に供される図。

符号の説明

１ 混合弁
１０ 弁本体
１１Ａ 水入口継手
１１ 水導入口
１２Ａ 湯入口継手
１２ 湯導入口
１３ 導出口
１４ 弁室
２０ 弁体
２２ 周壁部
３１ 上側開口部
３２ 下側開口部
４１ 水側閉塞部
４２ 湯側閉塞部

Claims (2)

1. 水導入口が形成された水入口継手及び湯導入口が形成された湯入口継手が実質的に同一平面上に設けられるとともに、前記水導入口及び湯導入口の下流側に導出口が設けられた弁本体と、該弁本体内に回動可能に嵌挿され、その周壁部に前記水導入口及び湯導入口の開口面積を回転角度に従って連続的に変化させるべく、上側開口部と下側開口部が設けられた概略円筒状の弁体とを備えた混合弁であって、
   前記弁体により前記水導入口を全閉にした状態で、前記湯導入口の開口面積を前記弁体の回転角度に従いつつ最大から最小まで連続的に変化させ得るように、前記弁本体に、前記水導入口及び湯導入口の一部を閉塞するとともに、前記弁体の外周壁面に摺接するように水側閉塞部及び湯側閉塞部が前記弁体の回転軸線に沿って段違いに形成され、かつ、前記上側開口部と下側開口部が前記回転軸線に沿って段違いに形成されるとともに、前記弁体の回転方向に沿って所定角度分重なるように形成されていることを特徴とする混合弁。
2. 前記水導入口の開口面積が最大、かつ、前記湯導入口の開口面積が最小となる前記弁体の位置を初期位置として、該初期位置から前記弁体を一方向に所定角度回転させると、前記水導入口の開口面積が漸減して０となるとともに、前記湯導入口の開口面積が漸増して最大となり、この状態から前記弁体をさらに同じ方向に回転させると、前記水導入口が全閉状態のまま前記湯導入口の開口面積が漸減して最小となるように構成されていることを特徴とする請求項１に記載の混合弁。

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