JP5571638B2

JP5571638B2 - 熱動弁

Info

Publication number: JP5571638B2
Application number: JP2011218849A
Authority: JP
Inventors: 智行島津
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2011-10-03
Filing date: 2011-10-03
Publication date: 2014-08-13
Anticipated expiration: 2031-10-03
Also published as: JP2013079660A

Description

本発明は、形状記憶合金バネを用いた熱動弁に関する。

従来、この種の熱動弁として、流入口と流出口とを結ぶ弁室と、弁室内に設けられた弁座とを有するバルブケーシングと、弁座に接近する閉じ側と弁座から離隔する開き側とに変位自在な弁体と、弁体を閉じ側又は開き側に付勢する形状記憶合金バネと、形状記憶合金バネを加熱するヒータとを備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ここで、ヒータで形状記憶合金バネを加熱するとその付勢力が変化して、常閉型の熱動弁では閉弁から開弁への切換えが行われ、常開型の熱動弁では開弁から閉弁への切換えが行われる。

尚、形状記憶合金バネに電流を流して加熱することも可能であるが、これでは、形状記憶合金バネの材質が限定され、耐久性の確保が困難になることがある。そのため、上記従来例では、形状記憶合金バネの長手方向端部に隣接させてヒータを配置し、ヒータへの通電によって形状記憶合金バネを加熱するようにしている。

ところで、上記従来例の熱動弁では、バルブケーシングの外面に取り付けたケース内に形状記憶合金バネとヒータとを配置している。このものでは、ヒータへの通電停止後、形状記憶合金バネからケースを介して大気中に徐々に放熱されることになり、形状記憶合金バネの冷却に時間がかかる。そのため、ヒータへの通電停止後の熱動弁の開閉切換えの応答性が悪くなる不具合がある。

特開２００３−２９４１６６号公報

本発明は、以上の点に鑑み、ヒータへの通電停止後の開閉切換えの応答性を向上できるようにした熱動弁を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、流入口と流出口とを結ぶ弁室と、弁室内に設けられた弁座とを有するバルブケーシングと、弁座に接近する閉じ側と弁座から離隔する開き側とに変位自在な弁体と、弁体を閉じ側又は開き側に付勢する形状記憶合金バネと、形状記憶合金バネを加熱するヒータとを備える熱動弁において、形状記憶合金バネ及びヒータの配置部を弁室に対し液密に仕切る筒状のケースを備え、ケースの周囲に、弁室に連通する冷却ジャケット部が設けられることを特徴とする。

本発明によれば、弁室内の流体がケースの周囲の冷却ジャケット部に流れる。そのため、ヒータへの通電停止後、形状記憶合金バネが冷却ジャケット部に流れる流体で速やかに冷却される。従って、ヒータへの通電停止後の開閉切換えの応答性を向上できる。

ところで、上記従来例の熱動弁では、ヒータを形状記憶合金バネの長手方向端部に隣接させて配置しているが、これでは、形状記憶合金バネの加熱に時間がかかって、ヒータへの通電開始後の開閉切換えの応答性が悪くなる。これに対し、ヒータを形状記憶合金バネの外周側や内周側に配置すれば、ヒータからの熱を直接受ける形状記憶合金バネの部分の長さが増して、ヒータへの通電開始後の形状記憶合金バネの昇温速度が速くなり、開閉切換えの応答性が向上する。

然し、ヒータを形状記憶合金バネの外周側、即ち、ケースの周壁部寄りに配置した場合には、冷却ジャケット部と形状記憶合金バネとの間にヒータが存在することになって、ヒータへの通電停止後の形状記憶合金バネの冷却速度アップ効果が十分には得られず、また、ヒータから冷却ジャケット部への放熱ロスを生じて、ヒータへの通電開始後の形状記憶合金バネの昇温速度アップ効果も十分には得られなくなる。

そのため、本発明においては、形状記憶合金バネをケースの周壁部寄りに配置し、ヒータを形状記憶合金バネの内周側に配置することが望ましい。これによれば、ヒータへの通電停止後の形状記憶合金バネの冷却速度を可及的に速くすることができ、更に、ヒータから冷却ジャケット部への放熱ロスを生ずることなく形状記憶合金バネを加熱でき、ヒータへの通電開始後の形状記憶合金バネの昇温速度も可及的に速くすることができる。従って、ヒータへの通電停止後と通電開始後の開閉切換えの応答性を可及的に向上できる。

本発明の第１実施形態の熱動弁の断面図。本発明の第２実施形態の熱動弁の断面図。

図１を参照して、１は本発明の実施形態の常開型熱動弁を示している。この熱動弁１は、図示省略した貯湯タンクに連なる出湯路ａからの高温の湯と給水路ｂからの冷水とを混合して適温の温水を給湯路ｃに供給する湯水混合弁ｄと並列に給水路ｂと給湯路ｃとを接続するバイパス水路ｅに介設されている。湯水混合弁ｄの故障で給湯路ｃに供給される温水の温度が異常に上昇したときや停電時に、熱動弁１を開弁させ、給湯路ｃにバイパス水路ｅを介して冷水を供給する。

熱動弁１は、上部の流入口２１と、下部の流出口２２と、流入口２１と流出口２２とを結ぶ弁室２３と、弁室２３を流入口２１に連なる上半部と流出口２２に連なる下半部とに区画するように弁室２３内に設けられた弁座２４とを有するバルブケーシング２と、弁室２３の上半部に配置され、弁座２４に接近する下方の閉じ側と弁座２４から離隔する上方の開き側とに変位自在な弁体３と、弁室２３の下半部に配置され、弁体３を開き側（上方）に付勢するバイアスバネ４と、弁体３を閉じ側（下方）に付勢する形状記憶合金バネ５と、形状記憶合金バネ５を加熱するヒータ６と、形状記憶合金バネ５及びヒータ６の配置部を弁室２３に対し液密に仕切る筒状のケース７とを備えている。尚、弁体３には、弁座２４に開設した弁孔２４ａに挿入される花弁状の芯決めガイド３１が突設されている。

バルブケーシング２には、弁室２３から上方にのびる筒部２５が設けられており、この筒部２５に、ケース７が周囲に隙間を生ずるように挿入されている。ケース７の上部には拡径段差部７１が形成されており、この拡径段差部７１から上方にのびるケース７上端の拡径部を筒部２５の上端部にＯリング７２を介して液密に嵌合させている。そして、ケース７の周囲に、ケース７の拡径段差部７１より下の周壁部と筒部２５との間の隙間によって、弁室２３に連通する冷却ジャケット部２６が画成されるようにしている。

ケース７の底部には、弁体３から上方にのびる弁軸３２が液密に貫通するガイド部材７３が装着されている。ガイド部材７３の上方に突出する弁軸３２の部分には受け板３３が固定されている。形状記憶合金バネ５は、その下端が受け板３３に当接するように、ケース７の周壁部寄りに配置されている。そして、形状記憶合金バネ５により受け板３３を介して弁体３が下方に付勢されるようにしている。

ヒータ６は、形状記憶合金バネ５の内周側に配置されており、受け板３３から上方にのびる弁軸３２の部分がヒータ６に摺動自在に挿通されている。また、ヒータ６の上端には、形状記憶合金バネ５の上端が当接するフランジ部６１が形成されている。そして、筒部２５の上端に取付ける蓋板７４の下面にヒータ押え７５を配置し、このヒータ押え７５とケース７の拡径段差部７１との間にフランジ部６１を挟み込むことにより、ヒータ６をケース７内に固定している。

ここで、形状記憶合金バネ５は、加熱されたときに伸張するものであり、非加熱時は、形状記憶合金バネ５の付勢力と給水圧とによる弁体３の閉じ側への押圧力がバイアスバネ４の付勢力による弁体３の開き側への押圧力よりも小さくなる。そのため、図１に示す如く、弁体３が弁座２４から離隔して、熱動弁１は開弁する。一方、ヒータ６に通電して形状記憶合金バネ５を加熱すると、形状記憶合金バネ５の付勢力が増加して、弁体３の閉じ側への押圧力がバイアスバネ４の付勢力による弁体３の開き側への押圧力よりも大きくなり、弁体３が弁座２４に着座して、熱動弁１は閉弁する。

ところで、ヒータ６への通電停止後の熱動弁１の閉から開への切換えの応答性を向上させるには、ヒータ６への通電停止後の形状記憶合金バネ５の冷却速度を速めることが必要になる。本実施形態では、形状記憶合金バネ５を収納したケース７の周囲に弁室２３に連通する冷却ジャケット部２６が設けられているため、ヒータ６への通電停止後、形状記憶合金バネ５が弁室２３から冷却ジャケット部２６に流れる冷水で速やかに冷却され、熱動弁１の閉から開への切換えの応答性が向上する。

尚、本実施形態では、形状記憶合金バネ５の内周側にヒータ６を配置しているが、形状記憶合金バネ５の長手方向一端部（上端部）に隣接させてヒータを配置することも考えられる。然し、これでは、形状記憶合金バネ５の加熱に時間がかかって、ヒータへの通電開始後の開閉切換えの応答性が悪くなる。

これに対し、ヒータ６を形状記憶合金バネ５の外周側や内周側に配置すれば、ヒータ６からの熱を直接受ける形状記憶合金バネ５の部分の長さが増して、ヒータ６への通電開始後の形状記憶合金バネ５の昇温速度が速くなる。然し、形状記憶合金バネ５の外周側にヒータを配置した場合には、冷却ジャケット部２６と形状記憶合金バネ５との間にヒータが存在することになって、ヒータへの通電停止後の形状記憶合金バネ５の冷却速度アップ効果が十分には得られなくなる。また、ヒータから冷却ジャケット部２６への放熱ロスを生じて、ヒータへの通電開始後の形状記憶合金バネ５の昇温速度アップ効果も十分には得られなくなる。

一方、本実施形態の如く、形状記憶合金バネ５をケース７の周壁部寄りに配置し、ヒータ６を形状記憶合金バネ５の内周側に配置すれば、形状記憶合金バネ５から冷却ジャケット部２６にヒータ６を介さずに放熱されるため、ヒータ６への通電停止後の形状記憶合金バネ５の冷却速度を可及的に速くすることができる。更に、ヒータ６から冷却ジャケット部２６への放熱ロスを生ずることなく形状記憶合金バネ５を加熱でき、ヒータ６への通電開始後の形状記憶合金バネ５の昇温速度も可及的に速くすることができる。従って、ヒータ６への通電停止後と通電開始後の開閉切換えの応答性を可及的に向上できる。

次に、図２に示す第２実施形態について説明する。第２実施形態の基本的な構造は上記第１実施形態と異ならず、第１実施形態と同様の部材、部位に上記と同一の符号を付している。

第２実施形態の第１実施形態との相違点は、弁体３を弁室２３の下半部に配置したことである。この場合、弁体３は、バイアスバネ４で弁座２４に接近する上方の閉じ側に付勢され、形状記憶合金バネ５で弁座２４から離隔する下方の開き側に付勢されることになり、常閉型の熱動弁１が構成される。

第２実施形態においても、ケース７の周囲に冷却ジャケット部２６を設けると共に、ケース７の周壁部寄りに形状記憶合金バネ５を配置して、その内周側にヒータ６を配置しているため、第１実施形態と同様に、ヒータ６への通電停止後の形状記憶合金バネ５の冷却速度及びヒータ６への通電開始後の形状記憶合金バネ５の昇温速度を可及的に速くすることができる。従って、ヒータ６への通電停止後と通電開始後の開閉切換えの応答性を可及的に向上できる。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態は、湯水混合弁ｄに並列のバイパス水路ｅに介設する熱動弁１に本発明を適用したものであるが、他の用途で使用する熱動弁にも同様に本発明を適用できる。また、上記実施形態の熱動弁１は、弁体３の変位方向が上下方向となる姿勢で配置されているが、弁体３の変位方向が水平方向となる姿勢で配置したり、図１、図２に示すものと上下反転した姿勢で配置することも可能である。

１…熱動弁、２…バルブケーシング、２１…流入口、２２…流出口、２３…弁室、２４…弁座、２６…冷却ジャケット部、３…弁体、５…形状記憶合金バネ、６…ヒータ、７…ケース。

Claims

流入口と流出口とを結ぶ弁室と、弁室内に設けられた弁座とを有するバルブケーシングと、弁座に接近する閉じ側と弁座から離隔する開き側とに変位自在な弁体と、弁体を閉じ側又は開き側に付勢する形状記憶合金バネと、形状記憶合金バネを加熱するヒータとを備える、冷水を流す流路に介設される熱動弁において、
形状記憶合金バネ及びヒータの配置部を弁室に対し液密に仕切る筒状のケースが弁座の上流側の弁室部分に設けられると共に、ケースの周囲に、弁座の上流側の弁室部分に連通する冷却ジャケット部が設けられ、
形状記憶合金バネは、コイルバネ状であってケースの周壁部寄りに配置され、ヒータは、形状記憶合金バネの内周側に配置されることを特徴とする熱動弁。