JP5739402B2

JP5739402B2 - 熱動弁

Info

Publication number: JP5739402B2
Application number: JP2012271006A
Authority: JP
Inventors: 酒井　隆行; 隆行酒井
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2012-12-12
Filing date: 2012-12-12
Publication date: 2015-06-24
Anticipated expiration: 2032-12-12
Also published as: JP2014114924A

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、ヒータにより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コイル状の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、水を流す流路に介設される熱動弁において、弁室に、弁室内の流体に触れるように形状記憶合金バネが収納され、形状記憶合金バネの内周空間にヒータが設けられ、ヒータは弁室内の流体が触れないようにカバーで覆われており、カバーは、ヒータの外面に密着する熱伝導率の高い材料で形成され、カバーに弁室内の流体が触れることを特徴とする。

本発明によれば、弁室内の流体が形状記憶合金バネに触れるため、ヒータへの通電停止後、形状記憶合金バネが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。

尚、形状記憶合金バネが流体で冷却されるため、上記従来例の如く、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た場合には、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、本発明では、形状記憶合金バネの内周空間にヒータを配置するため、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比較的速くなり、開閉切換えの応答性の悪化を回避できる。また、ヒータはカバーで覆われるため、流体に触れず、耐久性が確保される。

また、本発明においては、弁室に、形状記憶合金バネを内蔵する筒状ケースが設けられ、このケースは、ケースの内外を連通する連通孔を有することが望ましい。これによれば、ヒータ通電時にヒータからの熱が弁室内に広く放散されることをケースにより防止でき、ヒータへの通電開始後の開閉切換えの応答性を向上できる。また、弁室内の流体がケースに形成した連通孔からケース内に流入するため、形状記憶合金バネに流体が触れ、上述した如く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。

尚、連通孔は、弁座からの距離が異なるケースの少なくとも２箇所に形成されていることが望ましい。ここで、熱動弁の開弁状態では、弁座からの距離が異なる箇所に作用する流体圧が異なるため、ケースの上記２箇所に連通孔を形成しておけば、ケース内に圧力差で流体が流れる。従って、形状記憶合金バネの流体による冷却作用を効果的に得ることができ、ヒータへの通電停止後の開閉切換えの応答性が一層向上する。

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を備える。熱動弁１は、更に、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、弁室２３の上半部に配置され、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に挿入される芯決めガイド３１が突設されている。

また、弁室２３の上半部には、形状記憶合金バネ５を内蔵する樹脂製の筒状ケース７が設けられている。そして、弁体３から上方にのびる弁軸３２の上端に固定したばね受け３３をケース７内に挿入し、このばね受け３３を形状記憶合金バネ５の下端に当接させて、弁体３を形状記憶合金バネ５で下方に付勢している。尚、ばね受け３３の外周形状は周方向複数個所に径方向外方への凸部を有する花弁状であり、各凸部がケース７の内周面に摺動自在に接触し、ケース７が弁体３の上下方向移動を案内するガイド部材としても機能する。

また、ケース７には、弁座２４からの距離が異なる少なくとも上下２箇所に位置させて、ケース７の内外を連通する連通孔が形成されている。本実施形態では、ケース７の上部に周方向の間隔を存して複数の連通孔７１を形成すると共に、ケース７の下端面に、弁軸３２が隙間を存して挿通されるように連通孔７２を形成している。ここで、熱動弁１の開弁状態において、弁座２４に近い下部の連通孔７２に作用する流体圧は弁座２４から離れた上部の連通孔７１に作用する流体圧よりも低くなり、この圧力差で弁室２３内の流体（冷水）の一部が上部の連通孔７１からケース７内を介して下部の連通孔７２に流れる。

尚、バルブケーシング２には、弁室２３の上端から拡径段差部２５ａを存して上方に若干のびる筒部２５が設けられており、この筒部２５にケース７の上端部外周のフランジ部７３を嵌合させている。そして、筒部２５の上端に締結する蓋体２６によりフランジ部７３を拡径段差部２５ａとの間に挟んでケース７を固定している。

ヒータ６は、形状記憶合金バネ５の内周空間に配置されている。尚、このままでは、ヒータ６に流体が触れて耐久性を損なうため、ヒータ６は、流体が触れないようにカバー６１で覆われている。カバー６１の材質としては、黒鉛、真鍮、アルミニウム等の熱伝導率の高いものが望ましい。

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、弁室３内の流体たる冷水が連通孔７１，７２を介してケース７内に流入して形状記憶合金バネ５に触れるため、ヒータ６への通電停止後、形状記憶合金バネ５が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。特に、弁体３が開弁動作初期段階で弁座２４から少しでも離れて水が流れ始めると、ケース７の上部と下部の連通孔７１、７２間に圧力差を生じて、ケース７内に連通孔７１から連通孔７２に向かう冷水の流れを生じ、形状記憶合金バネ５の冷却速度が加速度的に速くなって、熱動弁１は全開状態に速やかに切換えられる。

尚、本実施形態では、形状記憶合金バネ５の内周空間にヒータ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、本実施形態の如く、ヒータ６を形状記憶合金バネ５の内周空間に配置すれば、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。更に、ケース７を設けることで、ヒータ通電時にヒータ６からの熱が弁室２３内に広く放散されることを防止でき、ヒータ６への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。尚、ヒータ６への通電開始後の開閉切換えの応答性向上が然程要求されない場合には、ケース７を省略してもよい。

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、形状記憶合金バネ５が弁室２３内の連通孔７１，７２を形成したケース７に内蔵されると共に、形状記憶合金バネ５の内周空間にヒータ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、３…弁体、５…形状記憶合金バネ、６…ヒータ、６１…カバー、７…ケース、７１，７２…連通孔。

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コイル状の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、水を流す流路に介設される熱動弁において、
弁室に、弁室内の流体に触れるように形状記憶合金バネが収納され、
形状記憶合金バネの内周空間にヒータが設けられ、ヒータは弁室内の流体が触れないようにカバーで覆われており、カバーは、ヒータの外面に密着する熱伝導率の高い材料で形成され、カバーに弁室内の流体が触れることを特徴とする熱動弁。
前記弁室に、前記形状記憶合金バネを内蔵する筒状ケースが設けられ、このケースに、ケースの内外を連通する連通孔が形成されることを特徴とする請求項１記載の熱動弁。
前記連通孔は、前記弁座からの距離が異なる前記ケースの少なくとも２箇所に形成されていることを特徴とする請求項２記載の熱動弁。