JP6320793B2

JP6320793B2 - 温度調整弁

Info

Publication number: JP6320793B2
Application number: JP2014037943A
Authority: JP
Inventors: 中川　進; 進中川; 泰央菅野
Original assignee: フシマン株式会社
Priority date: 2014-02-28
Filing date: 2014-02-28
Publication date: 2018-05-09
Anticipated expiration: 2034-02-28
Also published as: JP2015162154A

Description

本発明は、特に制御対象となる流体として例えば湯の温度を調整する液体膨張式の温度調整弁に関するものである。

従来、温度調整弁は、最終的に蛇口、シャワーヘッド、または他の吐出口から排出される流体の温度を調整するものである（例えば、特許文献１参照）。この温度調整弁は、温度調整の対象となるタンク中の例えば湯に浸された感熱筒の中の媒体（以下、これを感熱媒体と呼ぶ。）の蒸発圧力を弁の駆動力として利用し、当該弁を開閉することにより、タンク中のヒートコイルを介して湯の温度を調整することができる。

特開２００４−２６５３７８号公報

ところで温度調整弁においては、弁を開閉する際の駆動力に感熱媒体の蒸発現象を利用しており、湯の設定温度に対応した蒸発温度を有するエーテル、アセトン、フロン等の複数の種類の感熱媒体を使い分ける必要があるため、複数種類の感熱筒を用意しなければならないという問題があった。

また感熱媒体としてエーテル、アセトン、フロン等の有機溶剤が用いられているため、感熱筒の経年劣化や腐食等によって当該感熱筒から当該有機溶剤が漏れた場合、タンク内の湯と混合してしまい、衛生上好ましくないという問題があった。

本発明は上記した従来の問題に鑑みなされたものであり、その目的は、設定温度に対応した複数種類の感熱筒を用意する必要がなく、かつ、感熱筒から感熱媒体が漏れた場合でも衛生上問題の生じない温度調整弁を提供することにある。

この目的を達成するために、本発明は、温度が制御される被加熱流体（ＨＷ）を加熱するための加熱流体（ＳＷ）の流量を弁箱（１１）の内部に設けられた弁体（３２）および弁座（３５）により開閉制御する弁本体部（３）と、前記被加熱流体（ＨＷ）に浸漬された感熱筒（４１）の内部空間に感熱媒体である水（Ｗ）が充填され、当該水（Ｗ）を介して前記被加熱流体（ＨＷ）の温度を感知する感温部（４）と、前記弁本体部（３）と前記感温部（４）とを接続する導管（５）と、前記感温部（４）が感知した前記被加熱流体（ＨＷ）の温度に応じて変化する前記水（Ｗ）の膨張圧力を前記弁本体部（３）の前記弁体（３２）および前記弁座（３５）による開閉動作の駆動力として前記弁体（３２）に伝達する伝達部（２２〜２６）とを備え、前記感温部（４）の前記内部空間（４４）は、前記感熱筒（４１）と、感温部側シリンダ（４２）と、この感温部側シリンダに摺動自在に設けられた感温部側ピストン（４３）とによって形成され、前記感温部（４）は、前記感温部側ピストンの位置を変える調節ネジ（４５）を有し、前記伝達部は、前記膨張圧力を前記弁体および前記弁座による開閉動作の駆動力として伝達するに際し、前記弁体と連動するピストン構造であり、前記ピストン構造は、前記導管が接続された弁本体部側シリンダ（２２）と、前記弁本体部側シリンダ内に移動自在に設けられた弁本体部側ピストン（２４）と、前記弁本体部側ピストンに一端が固定されたピストン棒（２６）と、前記弁体と一体化されて先端が前記ピストン棒の他端と接触する弁棒（２５）とを備え、前記弁本体部側シリンダ（２２）は、前記内部空間（４４）より容積が小さく形成されているとともに、前記弁箱に取り付けられた蓋（１３）とは別体の枠（２１）に取付けられ、前記ピストン棒（２６）は、前記枠（２１）に挿通されて前記弁棒（２５）に接続されているようにする。

本発明において、前記弁体（３２）は、前記弁箱（１１）に取り付けられる蓋（１３）と一体に形成された有底の側壁部（３１）の内側側面（３１ａ）に沿って摺動自在に支持され、前記加熱流体（ＳＷ）を前記弁体（３２）の下方から前記蓋（１３）および前記側壁部（３１）により構成される当該弁体（３２）の上側空間（ＵＰＳ１）へと導くため当該弁体（３２）の天面（３２ｂ）および底面（３２ｃ）とを連通する連通孔（３４）が形成されている
するようにする。

本発明において、前記弁体（３２）における前記有底の側壁部（３１）との摺動面には、耐熱性のパッキン（３３）が取り付けられているようにする。

本発明において、前記弁本体部（３）は、１対の前記弁体（３２）および前記弁座（３５）による単座構造であるようにする。

本発明において、前記伝達部（２２〜２６）は、前記膨張圧力を前記弁体（３２）および前記弁座（３５）による開閉動作の駆動力として伝達するに際し、前記弁体（３２）と連動するピストン構造であるようにする。

本発明によれば、蒸発現象を利用するのではなく、水の膨張現象を利用して弁体および弁座による開閉動作を駆動させるようにしたことにより、水が蒸発するまでの広い範囲で調整温度を設定することができるので、被加熱流体の設定温度に対応した複数種類の感熱筒を用意する必要がなく、そのうえ、水が感熱筒から漏れた場合でも衛生上の問題が生じずに済むのである。

本発明の実施の形態に係る温度調整弁の構成を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

＜温度調整弁の構成＞
図１に示すように、温度調整弁１は、配管２ａおよび配管２ｂの途中に接続され、当該配管２ａから供給された加熱流体として例えば蒸気ＳＷを配管２ｂからタンクＴＫへ出力する際の当該蒸気ＳＷの流量を開閉制御する弁本体部３と、当該蒸気ＳＷにより温度を制御すべきタンクＴＫ内の温度が制御される被加熱流体としての湯ＨＷをヒートコイルＨＣにより所望の設定温度に昇温し配管６から排出する際、そのタンクＴＫにその一部の感熱筒４１が収容された感温部４と、弁本体部３と感温部４との間を接続する導管５とによって構成されている。

弁本体部３の弁箱１１は、蒸気ＳＷの流れる流路１２を有し、当該流路１２の入口側１２ａに当該配管２ａが接続されるとともに当該流路１２の出口側１２ｂに当該配管２ｂが接続されている。この配管２ｂは、タンクＴＫのヒートコイルＨＣに接続され、当該ヒートコイルＨＣは排出管７に接続されている。

弁箱１１のほぼ中央には、当該弁箱１１の上部を閉塞する蓋１３が配置され、当該蓋１３がネジ１４により当該弁箱１１に固定されている。すなわち弁箱１１は、蓋１３を有し、当該蓋１３により閉塞された状態で当該弁箱として機能する。

蓋１３の上部側の凸部１３ａには有底円筒状の枠２１が一体に固定されている。枠２１における上部側の凸部２１ａの外側周面には雄ネジ部が形成されており、その雄ネジ部に対して、シリンダ２２における下方端部の内側周面に形成された雌ネジ部が螺着されている。すなわち枠２１の凸部２１ａに本発明でいう「弁本体部側シリンダ」としてのシリンダ２２が取り付けられている。

シリンダ２２には、その先端部２２ａの内側に流路２３が設けられており、当該シリンダ２２の先端部２２ａと導管５の一方の端部とが接続されたとき、シリンダ２２の流路２３と導管５の流路５ａとが繋がる。

シリンダ２２の内側空間には、当該シリンダ２２の内側周側面２２ｂに対して摺動自在に上下動するピストン２４が設けられている。ピストン２４の周面にはＯリング２４ａが取り付けられている。このピストン２４が本発明でいう「弁本体部側ピストン」に相当する。

ピストン２４には、弁箱１１の流路１２の流路方向とは直交する方向へ延びるピストン棒２６が一体に固定されている。ピストン棒２６は、枠２１の凸部２１ａの中央部を挿通した状態で延びている。ピストン棒２６は、後述する弁体３２と一体化された弁棒２５と接触している。

すなわちピストン棒２６、弁棒２５が軸線を共通にした状態で一直線上になるように配置されている。したがって、ピストン２４と弁体３２とは、ピストン棒２６および弁棒２５を介して一体に形成されていることになる。すなわちシリンダ２２、流路２３、ピストン２４、弁棒２５、ピストン棒２６によって弁体３２と連動するピストン構造となる。

このように弁体３２は、ピストン棒２６および弁棒２５を介してピストン２４と連動することにより、従来のようにピストン２４ではなく蛇腹状のベローズ（図示せず）と一体化される場合よりも、小型化、簡素化および低コスト化を図ることができる。

枠２１の内側でありかつ蓋１３の凸部１３ａの上方には、バネ２７が弾装されるバネ空間２８が形成されている。このバネ２７の一端は、蓋１３の凸部１３ａの外周側段部１３ｂに位置付けられるとともに、当該バネ２７の他端がピストン棒２６のバネ空間２８内の弁棒２５の軸上に軸着されたバネ受け２９の外周側段部２９ａに位置付けられている。このバネ２７は、無負荷状態にあっては、ピストン棒２６と一体に固定されたピストン２４をシリンダ２２の先端部２２ａ側へ付勢している。

蓋１３は、下方に向かって断面Ｕ字状でなる有底の側壁部３１が形成されており、その側壁部３１の内側側面３１ａに沿って図中上下方向へ摺動自在に移動する弁体３２が配置されている。蓋１３と側壁部３１と弁体３２の天面３２ｂとの間には上側空間ＵＰＳ１が形成されている。

弁体３２は、その下方端部に側壁部３１の下端面３１ｂと係合される係合凸部３２ａが形成される。弁箱１１の流路１２中の弁体３２の係合凸部３２ａと対向する位置には、断面Ｕ字状でなる弁座３５が設けられている。したがって、弁体３２が側壁部３１の内側側面３１ａに沿って図中下方向へ移動したとき、当該係合凸部３２ａと弁箱１１の弁座３５とが当接され、当該弁箱１１の流路１２中を流れる蒸気ＳＷの流れが遮断される。

一方、弁体３２が側壁部３１の内側側面３１ａに沿って図中上方向へ移動したとき、当該係合凸部３２ａと弁箱１１の弁座３５との当接状態が解除され、当該弁箱１１の流路１２中の蒸気ＳＷの流れが再開され、配管２ｂからタンクＴＫへ向かって当該蒸気ＳＷが供給される。

さらに弁体３２では、当該弁体３２の天面３２ｂと当該弁体３２の底面３２ｃとの間を連通する２本の連通孔３４が形成されているとともに、当該弁体３２の側面にはＵパッキン３３が装着されている。ここでＵパッキン３３は、弁箱１１の流路１２を流れる蒸気ＳＷが弁体３２の上側空間ＵＰＳ１から当該弁体３２の周側面を通って出口側へ漏れることを防止している。また、弁棒２５の周面には、上側空間ＵＰＳ１よりも上方位置にＯリング３０が取り付けられており、当該Ｏリング３０により上側空間ＵＰＳ１の密閉状態が維持される。

したがって、２本の連通孔３４により、弁体３２の上側空間ＵＰＳ１の圧力と、弁箱１１の流路１２を流れる入口側圧力との圧力差が無くなるため、Ｕパッキン３３による弁体３２の圧力バランス構造が実現される。

これにより弁体３２には、当該弁体３２の上側空間ＵＰＳ１の圧力と、弁箱１１の流路１２を流れる入口側圧力との圧力差による影響を受けなくなるため、ピストン２４に対する下方向への小さな駆動力によって弁体３２の係合凸部３２ａと弁箱１１の弁座３５とを強固に当接させ、当該弁箱１１の流路１２中を流れる蒸気ＳＷの流れを確実に遮断させることができる。

感温部４は、ポンプＰから供給されたタンクＴＫ内の湯に浸漬される感熱筒４１と、当該感熱筒４１の上方にピストン４３が収容されたシリンダ４２とにより構成されており、当該感熱筒４１とシリンダ４２とが一体に形成されている。シリンダ４２のタンクＴＫに収容されていない部分には導管５と接続するための接続口４２ａが形成されている。このシリンダ４２が本発明でいう「感温部側シリンダ」に相当し、ピストン４３が本発明でいう「感温部側ピストン」に相当する。

シリンダ４２にはピストン４３が図中上下方向へ摺動自在に設けられ、感熱筒４１、シリンダ４２およびピストン４３により形成された内部空間４４には温度に応じて膨張する感熱媒体でありかつ膨張媒体としての水（蒸留水）Ｗが充填されている。

シリンダ４２の上端部４２ｂには、調節ネジ４５の先端部分がピストン４３の上側空間ＵＰＳ２を臨むように取り付けられている。この調節ネジ４５が時計回り方向へ回転されることに応じて当該調節ネジ４５の先端部分がピストン４３の上側空間ＵＰＳ２に入り込み、当該ピストン４３の上端部を押し付ける。一方、調節ネジ４５が反時計回り方向へ回転されることに応じて当該調節ネジ４５の先端部分がピストン４３の上端部から離間される。

＜温度調整弁の動作＞
このような構成の温度調整弁１では、タンクＴＫ内の湯ＨＷを昇温させるため、弁本体部３の弁箱１１の流路１２を配管２ａから配管２ｂへ向かって加熱流体（蒸気）ＳＷを流す際、弁体３２と弁座３５との弁開度に応じて加熱流体ＳＷの流量を変化させ、タンクＴＫ内のヒートコイルＨＣを通過する加熱流体ＳＷの流量に応じて湯ＨＷの温度を調整する。

湯ＨＷの温度が所望の設定温度（例えば５０℃）よりも低い場合、シリンダ２２のピストン２４に対して何ら圧力がかかっておらず、バネ２７の図中上方への付勢力により当該ピストン２４とピストン棒２６および弁棒２５を介して一体化された弁体３２が図１のように位置付けられているため、当該弁体３２と弁座３５とは当接されることなく開弁状態となっている。

これにより、弁箱１１の流路１２を配管２ａから配管２ｂへ向かってタンクＴＫ内の湯ＨＷを昇温させるための加熱流体である蒸気ＳＷが流れ、その蒸気ＳＷがタンクＴＫ内のヒートコイルＨＣを通過することによりタンクＴＫ内の湯ＨＷが昇温される。ヒートコイルＨＣを通過した蒸気ＳＷは熱交換された後に凝縮水として排出管７から外部へ排出される。

このときタンクＴＫ内の湯ＨＷの温度が感熱筒４１に伝達され、当該感熱筒４１の内部に充填されている水Ｗが熱膨張する。感熱筒４１の内部の水Ｗが熱膨張すると、当該熱膨張により体積が増大した水Ｗが導管５を通り、弁本体部３のシリンダ２２の流路２３の内部圧力が高くなるので、ピストン２４をシリンダ２２の中で押し下げる。

ピストン２４が押し下げられると、それに伴ってピストン棒２６および弁棒２５を介して一体化された弁体３２が押し下げられるため、当該弁体３２の係合凸部３２ａが弁座３５に近づき、徐々に閉弁状態へ向かう。

その後、タンクＴＫ内の湯ＨＷの温度が所望温度に到達すると、感熱筒４１の水Ｗの熱膨張により、弁本体部３のシリンダ２２の流路２３の内部圧力が更に高くなり、ピストン２４を更に押し下げるので、弁体３２の係合凸部３２ａと弁座３５とが強固に当接された状態となり、完全に閉弁する。これにより弁箱１１の流路１２を流れる加熱流体（蒸気）ＳＷの流れは遮断され、タンクＴＫ内の湯ＨＷの昇温が停止する。

このとき、２つの連通孔３４を介して弁体３２が圧力バランス構造とされているため、流路１２を流れる入口側圧力と弁体３２の上側の密閉された上側空間ＵＰＳ１の圧力との圧力差が無く、入口側圧力の大きさとは無関係に水Ｗの熱膨張圧力によるピストン２４の駆動力だけであっても、確実に閉弁することができる。

ところで、弁体および弁座が上下に２つ設けられた複座構造では、上下双方ともに同時かつ確実に閉弁させることは必ずしも容易なことではなく、何れか一方の弁座から僅かに蒸気ＳＷが漏れてしまうという事態が起こりやすい。

しかしながら、この温度調整弁１では、１対の弁体３２および弁座３５だけの単座構造であるため、複座構造よりも確実に閉弁状態を形成することができるとともに、水Ｗの熱膨張によるピストン２４の駆動力だけで容易に弁体３２を移動させることができるので、閉弁制御を確実かつ容易に実行することができる。

その後、タンクＴＫ内の湯ＨＷの温度が下がると、感熱筒４１の内部に充填されている水Ｗの体積が収縮し、熱膨張したときの水Ｗが導管５から感熱筒４１へ戻るので、弁本体部３のシリンダ２２の流路２３の内部圧力が低くなり、バネ２７の付勢力によりピストン２４が押し上げられて、弁体３２が弁座３５から上方へ離間し、開弁する。

これにより弁箱１１からタンクＫＴへ蒸気ＳＷが供給され始めると、タンクＴＫ内の湯ＨＷの温度が昇温され、これ以降、上述の処理が繰り返されるので、タンクＴＫ内の湯ＨＷは常に設定温度に維持されるように温度調整される。設定温度に温度調整されたタンクＴＫ内の湯ＨＷが配管６から出力され、例えば厨房等で使用される。このとき、感熱筒４１の水Ｗが何らかの原因により漏れ出たとしても、タンクＴＫの湯ＨＷに混ざるのが単なる水Ｗであるため、衛生上の問題は生じ難い。

ところで、タンクＴＫ内の湯ＨＷの調整温度を設定する場合には、感温部４の調整ネジ４５を回転させればよい。例えば、タンクＴＫ内の湯ＨＷの調整温度を下げる場合には、調節ネジ４５を時計回り方向へ回転させ、シリンダ４２内のピストン４３を感熱筒４１に向かって押し下げればよい。この場合、感熱筒４１の水Ｗが導管５の内部を通ってシリンダ２２側へ押し出されるため、タンクＴＫ内の湯ＨＷの温度が僅かに上昇しただけでも当該シリンダ２２のピストン２４を押し下げ、弁体３２を弁座３５に当接させるようになるため、次第に調整温度が下がっていく。

これとは逆に、タンクＴＫ内の湯ＨＷの調整温度を上げる場合には、調節ネジ４５を反時計回り方向へ回転させ、シリンダ４２内のピストン４３を調節ネジ４５に向かって押し上げればよい。この場合、導管５の水Ｗが感熱筒４１側へ引き戻されるため、タンクＴＫ内の湯ＨＷの温度が大きく上昇したときに初めて当該シリンダ２２のピストン２４を押し下げ、弁体３２を弁座３５に当接させるようになるため、次第に調整温度が上がっていく。

このように温度調整弁１では、感熱筒４１に水Ｗを充填し、その水Ｗの熱膨張を弁体３２および弁座３５による弁開閉動作の駆動力として用いるようにした。これにより、感熱筒４１に蒸発現象を利用する有機溶剤を用いた従来と比較して、水Ｗの体積膨張現象を利用するものであるから、温度調整範囲が広くなり、大幅に使い勝手を向上することができる。

さらに温度調整弁１では、ベローズを用いる場合に比べて小型化されたピストン２４を用いるようにしたことにより、ベローズよりもピストン２４の方が表面積の小さい分だけ、弁本体部３の周囲温度の影響を受け難く、弁開閉動作への影響も小さくて済む。

＜他の実施の形態＞
なお、上述した実施の形態においては、Ｕパッキン３３を用いるようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、弁箱蓋１３に断面円筒形状でなる有底の側壁部が形成されており、その側壁部の内側周側面に沿って摺動自在に移動する弁体に対しては耐熱性のＯリングを用いるようにしても良い。

また、上述した実施の形態においては、弁箱１１に蓋１３をネジ１４により固定するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、弁箱１１および蓋１３とが最初から一体に固定されているようにしても良い。

さらに、上述した実施の形態においては、弁体３２に２つの連通孔３４を形成するようにした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば３つの連通孔または４つの連通孔等のその他種々の数の連通孔を形成するようにしても良い。

１…温度調整弁、２ａ、２ｂ、６…配管、３…弁本体部、４…感温部、５…導管、７…排出管、１１…弁箱、１２…流路、１３…蓋、１３ａ…凸部、１３ｂ…外周側段部、１４…ネジ、２１…枠、２１ａ…凸部、２２…シリンダ、２２ａ…先端部、２２ｂ…内側周側面、２３…流路、２４…ピストン、２４ａ…Ｏリング、２５…弁棒、２６…ピストン棒、２７…バネ、２８…バネ空間、２９…バネ受け、２９ａ…外周側段部、３０…Ｏリング、３１…側壁部、３１ａ…内側周側面、３１ｂ…下端面、３２…弁体、３２ａ…係合凸部、３３…Ｕパッキン、３４…連通孔、３５…弁座、４１…感熱筒、４２…シリンダ、４２ａ…接続口、４２ｂ…上端部、４３…ピストン、４４…内部空間、４５…調節ネジ、ＴＫ…タンク、ＵＰＳ１…上側空間、ＵＰＳ２…上側空間。

Claims

温度が制御される被加熱流体を加熱するための加熱流体の流量を弁箱の内部に設けられた弁体および弁座により開閉制御する弁本体部と、
前記被加熱流体に浸漬された感熱筒の内部空間に感熱媒体である水が充填され、当該水を介して前記被加熱流体の温度を感知する感温部と、
前記弁本体部と前記感温部とを接続する導管と、
前記感温部が感知した前記被加熱流体の温度に応じて変化する前記水の膨張圧力を前記弁本体部の前記弁体および前記弁座による開閉動作の駆動力として前記弁体に伝達する伝達部と
を備え、
前記感温部の前記内部空間は、前記感熱筒と、感温部側シリンダと、この感温部側シリンダに摺動自在に設けられた感温部側ピストンとによって形成され、
前記感温部は、前記感温部側ピストンの位置を変える調節ネジを有し、
前記伝達部は、前記膨張圧力を前記弁体および前記弁座による開閉動作の駆動力として伝達するに際し、前記弁体と連動するピストン構造であり、
前記ピストン構造は、
前記導管が接続された弁本体部側シリンダと、
前記弁本体部側シリンダ内に移動自在に設けられた弁本体部側ピストンと、
前記弁本体部側ピストンに一端が固定されたピストン棒と、
前記弁体と一体化されて先端が前記ピストン棒の他端と接触する弁棒とを備え、
前記弁本体部側シリンダは、前記内部空間より容積が小さく形成されているとともに、前記弁箱に取り付けられた蓋にこの蓋とは別体の枠を介して取付けられ、
前記ピストン棒は、前記枠に挿通されて前記弁棒に接続されていることを特徴とする温度調整弁。
前記弁体は、前記弁箱に取り付けられる蓋と一体に形成された有底の側壁部の内側側面に沿って摺動自在に支持され、前記加熱流体を前記弁体の下方から前記蓋および前記側壁部により構成される当該弁体の上側空間へと導くため当該弁体の天面および底面とを連通する連通孔が形成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の温度調整弁。
前記弁体における前記有底の側壁部との摺動面には、耐熱性のパッキンが取り付けられている
ことを特徴とする請求項２に記載の温度調整弁。
前記弁本体部は、１対の前記弁体および前記弁座による単座構造である
ことを特徴とする請求項３に記載の温度調整弁。