JP4988769B2 - 水処理システム用二分割型弁体 - Google Patents

Description

本発明は、軟水器等の水処理装置に関し、特に、このような装置内の処理媒体の再生を制御する弁アセンブリに関する。

井戸から汲み出される水は、土中の鉱床から浸出した二価陽イオン及び三価陽イオンを含有するという点で、「硬水」と見なされることがごく一般的である。このようなイオンは、一般の洗剤及び石鹸とともに不溶性の塩を形成して沈殿物を生じるため、洗浄のために必要とされる洗剤又は石鹸の量が増加する。ボイラー及びその他の設備に用いられた硬水が蒸発すると、不溶性の残留物が沈殿し、湯垢となって付着するとともに該設備の運転に悪影響を及ぼす。

硬水の供給を受ける建物の配管系には、軟水器を設置することが標準慣行となっている。最も一般的な種類の軟水器は、硬水がそれを通過することで望ましくないミネラル類とその他の不純物とが除去される樹脂床を内蔵するタンクを有するイオン交換装置である。樹脂床内の結合部位は、当初は陽イオン、一般に一価陽イオンであるナトリウム又はカリウムイオンを含んでいる。硬水が樹脂床に流入すると、結合部位をめぐる競合が起こる。硬水中の二価及び三価陽イオンは、より高い電荷密度を有するために優先されて、一価陽イオンに取って代わる。２個又は３個の一価陽イオンが、各１個の二価又は三価陽イオンにそれぞれ取って代わられる。

ミネラル類と不純物とを吸収する樹脂床の容量は有限であって、最終的に、結合部位の大部分が二価及び三価陽イオンによって占められるようになると、水の軟化が停止する。この状態が起こると、再生剤、一般に塩化ナトリウム又は塩化カリウム溶液を用いて樹脂床のフラッシングを行なうことにより、樹脂床を回復又は再生させることが必要になる。再生剤中の一価陽イオンの濃度は、望ましくない静電的競合を相殺する程度に十分に高く、結合部位は、一価陽イオンによって復元される。軟水化が行なわれる、再生期間と再生期間との間の時間間隔は、供用モード運転と呼ばれる。

軟水器の再生は、樹脂床のフラッシングと再生とすすぎとを行なう標準再生サイクルの間、弁機構がモータにより自動的に動作させられることによって制御される。制御装置は、前回の再生から経った時間、処理された水の量又は残りの処理容量を示す樹脂床の伝導率に基づいてモータを作動させる。

前記弁機構は、水入口と水出口と再生槽と排水管路とのための外部接続部を有する弁体内に収容される。この弁体は、さらにまた、樹脂タンクが取り付けられる取付部を含む。前記外部接続部と前記取付部とは、弁機構の運転によって互いに選択的に接続される、弁体内の複数の流路と連通する。これまでは、弁体は、別個に成形又は機械加工された後に互いに締結されて完全な弁体を形成する多くの異なる部分品により構成されていた。ひとつの種類の従来式弁アセンブリの一例が、米国特許第５，９１０，２４４号において説明されている。外部接続部と内部流路との複雑さが、機械加工段階を、以って弁体の費用を増加させることなしに弁体部分品の点数を減らすことを困難にしていた。
米国特許第５，９１０，２４４号

このため、部品点数を減らすことができる一方で、部品の鋳造を容易にして、かつ事後的な機械加工が発生しない方法で、弁体を設計することが望ましい。

水処理装置用の弁体は、実質的に、互いに密封的に結合されて複数の内部流体チャンバを形成する第１の部分及び第２の部分のみによって形成される。この弁体は、一次外壁と二次外壁とを、前記一次外壁と二次外壁との間に第１、第２、第３及び第４の外側壁を延在させて有する。前記弁体は、さらに、弁体を介した流体の流れを制御する入口弁要素と出口弁要素とすすぎ弁要素と逆洗弁要素と再生弁要素とのための複数の開口部を含む。前記弁体は、さらにまた、水処理容器への接続用の流体用取付部を有する。

第１及び第２の部分は、鋭角、好ましくは対角線をなして前記第１及び第２の外側壁を通って延在する継目において結合される。第１の部分は、二次外壁と第１及び第２の各外側壁の一部分とからなるとともに、さらに、未処理水入口と処理済み水出口と排水出口と再生剤入口とを含む。第２の部分は、一次外壁と第１及び第２の各外側壁のまた他の一部分とからなる。

前記第１及び第２の部分の構成は、弁要素を作動させるための全ての必要な接続部及び開口部とを有する弁体全体が、従来式の射出成形技術によって製作されうる２個の部分のみによって形成されることを可能にする。

最初に図１を参照すると、軟水器１０は、イオン交換樹脂粒子床１４を内蔵する処理タンク又は容器１２を含む。この処理容器１２の上部に固定される制御弁アセンブリ１６は、以下に説明される弁機構を有する弁体１８と、前記弁体の前側に取り付けられるとともに、前記弁機構を動作させる電気回路を内蔵する制御盤１９とを含む。供用モードにおいて、入口継手２０に供給される軟化処理対象の硬水は、弁体１８を通って、処理容器１２の上部の取付具２５内の容器入口２２へと流れる。この水は、該水からミネラル類を除去する樹脂床１４を通過する。樹脂床１４において処理された水は、処理容器１２の底部に隣接する点から前記樹脂床を貫通して弁体１８内の容器出口２６まで延在する上昇管２４内に流入する。容器出口２６から、前記水は、引き続き弁体１８を通って流れて、建物内のパイプに接続される水出口２８において軟水器１０から流出する。

樹脂床１４は、最終的に使い果たされて、もはや水を軟化させることができなくなる。タイマに応じて周期的に、又は樹脂床の消耗を検出するセンサに呼応するかのいずれかにより、制御弁アセンブリ１６は、前記米国特許に記載されているように、標準再生プロセスを開始する。このプロセスは、硬水が弁体１８を介して容器出口２６内へと導かれるとともに、樹脂床１４を通って上方に導かれて最後に排水継手３０を経て軟水器から流出する逆洗段階から開始される。この逆洗段階に続いて、制御装置が、一般に「ブライン」と呼ばれる再生剤を、管３４によりブラインタンク３６に接続される再生剤コネクタ３２を介して引き込むブライン処理段階が行なわれる。ブラインタンク３６には、塩化ナトリウム又は塩化カリウム等の一般的な塩の再生溶液３８が入っている。この再生段階において、弁体１８を通る硬水の流れによって創出される部分真空が、再生溶液をブラインタンク３６から処理容器１２内へと引き込む。高濃度の再生溶液は、樹脂床１４内の二価及び三価陽イオンを一価陽イオンに置き換えて、以って前記樹脂床を回復させる。

再生プロセスの最終段階において、ブラインタンク３６は、次の再生プロセス用に再生溶液を補充するために、水により再び満たされる。樹脂床１４は、容器１２を介して水を流通させるとともに排水継手３０から排出することによりすすがれる。その後、制御弁アセンブリ１６は、内部弁機構を、軟水器１０が建物用水を処理する前記の供用モードになる状態に戻す。

図２に、制御盤１９が取り外されて、弁体１８の前側と前記弁体に取り付けられる弁作動要素とがあらわになった制御弁アセンブリ１６が図示されている。弁体１８は、一次外壁４０と二次外壁４１と第１の外側壁４４と第２の外側壁４５と弁体の上部の第３の外側壁４２と弁体の底部の第４の外側壁４３とを有する。モータ４７により駆動されるカム軸４６は、一次外壁４０に取り付けられるとともに、自身上に複数のカム４８を有する。このカム軸が回転すると、各カムは、弁体１８内の異なるフラッパ弁要素を操作する。たとえば、図３を参照すると、カム４８は、フラッパ弁要素１１４のステム部４９に係合する。この動作が、フラッパ弁要素１１４を旋回させて孔部１００を開閉し、以って弁体１８内においてチャンバ８４及び７６間における流体の流れが制御される。

図４を参照すると、弁体１８の二次外壁４１は、それを介して流体が弁体に流入又は流出する複数のコネクタを有する。未処理水入口６２は、軟水器１０が配置される建物の配管系の給水管に接続されるようになっており、該軟水器による処理の対象となる水を受ける。このような処理の後に、水は、処理済み水出口６４から流出するとともに、建物の配管系に戻る。再生中は、廃水が弁体１８から排水出口６６を介して流出するとともに、建物の下水道へと流れる。さらにまた、再生剤コネクタ３２が、弁体１８の二次外壁４１上に配置される。図２〜４に示されているように、処理容器１２への接続のための取付部２５は、弁体１８の第４の外側壁４３から突出するとともに、処理容器の開口部上のねじと係合するねじ付きの外面を有する。

図２及び４を参照すると、弁体１８は、第１及び第２の外側壁４４及び４５を実質的に対角線上において二等分する継目６８に沿って、単体の第１の部分７０と単体の第２の部分７１とに分割されて、各外側壁の一部分が各々の前記部分に含まれるようになっている。第１及び第２の外側壁４４及び４５内の継目６８の部分は、第３及び第４の外側壁に対して鋭角（φ及びθ）をなして延在する。継目６８は、一次外壁４０と第３の外側壁４２との間の接合部に近接する位置において、弁体の前側を横切って延在する。このため、実質的に、カム軸４６とモータ４７とのまわりのフランジ部３９を除いて、第３の外側壁４２全体が第２の部分７１に含まれる。継目６８は、さらに、二次外壁４１と第４の外側壁４３との間の接合部に近接する位置において、弁体１８の後部を横切って延在して、実質的に、第４の外側壁全体が第１の部分７０に含まれるようになっている。この弁体の分割により、図５及び６に示されているように、２個の垂直な側部と１個の斜め開口側部６７又は６９とを自身間に延在させた三角形の側部を有する一般に楔形の五面体である第１及び第２の部分７０及び７１が創出される。弁体１８の第１及び第２の部分７０及び７１は、互いに組み合わされて、それぞれの斜め開口側部６７及び６９が互いに当接して継目６８が形成されるようになる。これらの面は、互いに溶接又は接着されて、弁体１８の内壁が密封され、以って以下に説明される複数の内部チャンバが密閉される。

本明細書において使用される場合、実質的に前記第３の外側壁全体が１個の部分７０又は７１に含まれ、実質的に前記第４の外側壁全体が１個の部分７１又は７０に含まれるという記述は、これらの部分の内壁とチャンバとの成形に抵触しない限り、このような各々の壁の１個又は２個の相対的に幅狭の帯状部が他方の部分に含まれることを見込んだものである。たとえば、第３の外側壁４２の一部分を形成するフランジ３９の部分は、成形された第１の部分７０の開口側部６９から金型部品を取り外すことを妨げるわけではない。同様の理由により、継目６８は、弁体１８の第１及び第２の外側壁４４及び４５を正確に二等分しなくてもよい。

弁体１８の第２の部分７１の内部が図５に示されており、未処理水入口６２は、入口チャンバ７２内に開口し、処理済み水出口６４は、出口チャンバ７４内に開口する。入口チャンバ７２は、第１の孔部７３を介してブリッジ流路７５内に連続的に開口し、前記ブリッジ流路は、第２の孔部７７を介して迂回チャンバ７８内に開口する。迂回チャンバ７８は、出口チャンバ７４からの分岐流路７９に隣接しており、前記出口チャンバは、弁体１８のほぼ略全幅にわたって延在する内壁８０により、前記分岐流路７９から分離される。入口チャンバ７２と迂回チャンバ７８と出口チャンバ７４とは、内壁８０の第１の側に配置される。出口チャンバの分岐流路７９は、内壁８０を貫通して第２の側へと、迂回チャンバ７８に対向する位置まで延在する。すすぎチャンバ８２と逆洗チャンバ８４とは、内壁８０の第１の側において、入口及び迂回チャンバ７２及び７８間に互いに並んで配置される。

排水出口６６は、内壁８０の第２の側かつすすぎ及び逆洗チャンバ８２及び８４のいずれもの反対側において、排水チャンバ７６と連通する。再生剤コネクタ３２は、これもまた内壁８０の第２の側に配置される再生剤チャンバ８６内に開口する。再生剤バルブ・チャンバ８８は、内壁８０の第１の側において再生剤チャンバ８６に対向して配置されるとともに、前記内壁を貫通して延在して容器入口チャンバ９０内に開口する分岐流路８９を有する。容器入口チャンバ９０は、処理容器１２用の取付部２５内の容器入口２２へと至る（図１及び６も参照されたい）。容器出口２６は、取付部２５の内部を貫通して上方に突出するとともに、弁体内において容器出口チャンバ９２内に開口する。

図６及び７を参照すると、弁体１８の第１の部分７０は、弁要素を受ける複数の弁開口部を有する一次外壁４０を含む。入口チャンバ７２は、弁体の一次外壁４０において該入口チャンバ７２内へと至る第１の弁開口部９４を有するとともに、入口フラッパ弁要素１１１を受ける。この入口フラッパ弁要素１１１は、内壁８０を貫通して入口チャンバ７２から容器入口チャンバ９０へと至る第１の弁孔部９３を選択的に開閉する。出口チャンバ７４は、内壁８０を貫通して容器出口チャンバ９２内へと延在する第２の孔部９５を有するとともに、一次外壁４０内において第２の開口部９６を有して、前記第２の孔部を通る水流を制御する出口フラッパ弁要素１１２を受ける。第３の一次外壁開口部９８は、すすぎチャンバ８２と連通するとともに、排水チャンバ７６内へと至る第３の孔部９７を選択的に開閉するすすぎフラッパ弁要素１１４を保持する。逆洗チャンバ８４は、これもまた排水チャンバ７６内へと至る第４の孔部９９を有するとともに、前記孔部９９を通る流れは、一次外壁４０の第４の開口部１０１内に配置される逆洗フラッパ弁要素１１５により制御される。再生剤バルブ・チャンバ８８は、内壁８０を貫通して再生剤チャンバ８６内に至る第５の孔部１００を有する。この第５の孔部１００は、前記一次外壁の第５の開口部１０３内において保持される再生剤フラッパ弁要素１１３によって開閉される。最後に、迂回チャンバ７８は、内壁８０を貫通して出口チャンバ７４からの分岐流路７９内へと至る第６の孔部１０２を有する。一次外壁を貫通する第６の開口部１０４が、第６の孔部１０２の上に延在する迂回フラッパ弁要素１１３用に設けられる。これらの各々のフラッパ弁要素１１１〜１１６は、図２に示された弁体の前側のカム軸４６の異なるカム４８によって制御される。

第１及び第２の各部分７０及び７１は、単体の材料によって形成され、接合された前記２個の部分が、実質的に完全に、前記の複数の内部流体チャンバを形成する。本明細書において使用される場合、「実質的に完全に形成する」という表現は、第１及び第２の部分が内部流体チャンバの全ての壁部と、チャンバ間の孔部と、たとえば配管接続部、弁要素及びベンチュリノズル等の構成要素のための外部開口部とを含むことを意味する。ただし、第１及び第２の部分７０及び７１は、栓によって閉じられる１個以上の孔部を有しうる。

弁体１８を対角線上の継目６８に沿って２個の部品に分割することにより、各チャンバ部分は、各々の部分７０及び７１によって形成され、これらの部分は、従来式の射出成形技術によって製作されうる。たとえば、対角線上での分割は、２個の金型部分を２本の直行軸に沿って互いに組み合わせて弁体内の異なるチャンバと孔部とを形成させることを可能にする。さらに他の金型部分を第４の外側壁４３に対して垂直に移動させて、容器取付部２５と該取付部を貫通する流路とを形成させる。このように、弁体１８は、弁孔部とチャンバと流体流路とを完全に形成する２個の部品のみによって形成されうる。弁体１８は、２個の部分７０及び７１のみによって構成されることが好ましいが、外部又は内部開口部用の栓等のその他の重要でない構成要素が含まれてもよく、したがって、弁体１８は、本質的に２個の部分のみによって構成されうる。

前記の実施例において、弁体１８は、対角線に沿って分割されて、第１の部分７０が一次外壁４０と処理容器取付部２５とを含む一方で、第２の部分７１は、流体コネクタ６２〜６６を有する二次外壁４１を含むようになる。これに代わる方法として、図８及び９に示されるように、弁体１２０は、第１及び第２の外側壁１２４及び１２５を通って逆の対角配向に延在する継目１２１により分割されて、第１及び第２の部分１２２及び１２３を形成する。この継目１２１は、一次外壁１２６と第４の外側壁１２９との間の接合部に近接する位置において弁体の前側を横切るとともに、二次外壁１２７と第３の外側壁１２８との間の接合部に近接する位置において弁体１２０の後側を横切って延在する。このため、実質的に第３の外側壁１２８全体が第１の部分１２２に含まれ、実質的に第４の外側壁１２９全体が第２の部分１２３に含まれる。いずれの態様で対角線上の継目が延在するかに係わりなく、二分割型弁体の前記特徴と利点とが達成される。

図１０及び１１に、本発明にしたがった弁体１５０の第３の実施例が図示されている。この態様において、この弁体１５０の二次外壁１５２は、未処理水入口１５３と処理済み水出口１５４と排水出口１５５と再生剤入口１５６とのための配管接続部を含む。加えて、フラッパ弁要素を操作するカム軸１５８と該カム軸の駆動モータ１６０とが、二次外壁１５２に取り付けられる。この場合は、フラッパ弁のステム部は、カム軸１５８の背後において、この二次外壁１５２内の開口部を介して突出する。弁体１５０は、弁体の上側後縁部から下側前縁部まで第１及び第２の各外側壁１６８及び１６９を通って対角線をなして延在する継目１６６に沿って、前側又は第１の部分１６２と後側又は第２の部分１６４とに分割される。

前記説明は、主として本発明の好適な実施例に関するものであった。本発明の範囲内に含まれるさまざまな代替態様にある程度の注意を払ったが、当業者が本発明の実施例の開示によって今や明らかとなったまた他の代替態様を実施しうることが予期される。したがって、本発明の範囲は、以下の特許請求の範囲から判断されるべきであって、前記の開示によって制限されるべきではない。

本発明にしたがった弁体を内蔵する軟水器の構成要素を示す部分断面図である。 蓋が取り外された状態の前記軟水器用制御弁アセンブリの前側の等角図である。 図２の線３−３における前記制御弁アセンブリの断面図である。 前記制御弁アセンブリの後側の配管コネクタを示す等角図である。 前記制御弁アセンブリの弁体の後側部分の等角図である。 前記弁体の前側部分の等角図である。 フラッパ弁要素を内部に有する前記弁体の前側部分の等角図である。 弁体の第２の実施例の前側部分の等角図である。 前記第２の実施例の後側部分の等角図である。 本発明にしたがった弁体の第３の実施例の後側からの等角図である。 前記第３の弁体実施例の前側からの等角図である。

Claims (5)

1. 第１の外側壁と第２の外側壁と第３の外側壁とを自身間に延在させた一次外壁及び二次外壁と；
   水処理容器への接続のための流体用取付部とからなり、
   前記第１の外側壁と前記第２の外側壁とを通って前記第３の外側壁に対して鋭角をなして延在して、以って弁体を、互いに当接して複数の内部流体流路を形成する第１の部分と第２の部分とに分ける継目を有し；
   前記第１の部分は、未処理水入口と処理済み水出口と排水出口と再生剤コネクタとを有する前記二次外壁を含み；
   前記第２の部分は、入口弁要素と出口弁要素とすすぎ弁要素と逆洗弁要素と再生剤弁要素とを受ける複数の開口部が貫通して延在する前記一次外壁を含む水処理装置用弁体。
2. 前記流体用取付部は、前記第１の部分内に配置される請求項１に記載の弁体。
3. 前記流体用取付部は、前記第２の部分内に配置される請求項１に記載の弁体。
4. 第１の外側壁と第２の外側壁と第３の外側壁とを自身間に延在させた一次外壁及び二次外壁と；
   水処理容器への接続のための流体用取付部とからなり、
   前記第１の外側壁と前記第２の外側壁とを通って前記第３の外側壁に対して鋭角をなして延在して、以って弁体を、互いに当接して複数の内部流体流路を形成する第１の部分と第２の部分とに分ける継目を有し；
   前記第１の部分は、未処理水入口と処理済み水出口と排水コネクタと再生剤コネクタとを有する前記二次外壁を含むとともに、前記二次外壁を貫通して延在して、入口弁要素と出口弁要素とすすぎ弁要素と逆洗弁要素と再生剤弁要素とを受ける複数の開口部を有し；
   前記第２の部分は、前記一次外壁を含む水処理装置用弁体。
5. 前記弁体は、迂回弁要素を受けるまた他の開口部をさらに含む請求項４に記載の水処理装置用弁体。

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