JP2008298170A - 混合弁 - Google Patents

Abstract

【課題】大型化、重量増等を招くことなく、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。
【解決手段】水導入口１１及び湯導入口１２が実質的に同一平面上で交差するように、好ましくは９０度の角度間隔をあけて設けられるとともに、該水導入口１１及び湯導入口１２の下流側に導出口１３が設けられた弁本体１０と、該弁本体１０内に回動可能に嵌挿され、その周壁部２２に前記水導入口１１及び湯導入口１２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開口部３０が設けられた概略円筒状の弁体２０とを備え、前記弁体２０により前記水導入口１１を全閉にした状態で、前記湯導入口１２の開口面積を前記弁体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得るように構成されてなる。
【選択図】図２

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７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７（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、弁体２０を所定角度Ｋｂまで回転させると、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、上記のように、弁体２０に二つの開口部３１、３２を設けないで、図６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、水導入口及び湯導入口が実質的に同一平面上で中心軸が交差するように設けられるとともに、該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開口部が設けられた概略円筒状の弁体とを備え、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構成される。

好ましい態様では、前記水導入口及び湯導入口が実質的に同一平面上で３０度〜１５０度の範囲内の角度間隔、より好ましくは、９０度の角度間隔をあけて設けられる。

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、水導入口及び湯導入口が実質的に同一平面上で中心軸が交差するように、言い換えれば、導入口及び湯導入口が実質的に同一平面上で３０度〜１５０度の範囲内の角度間隔、より好ましくは、９０度の角度間隔をあけて設けられるので、前記した角度Ａが角度Ｂより大きくなり（後述する図２参照）、前記した条件（１）のＢ＜Ｃ、及び、条件（２）のＡ＞Ｃを同時に満足させることができる。

そのため、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（継手）１１、湯導入口（継手）１２が所定の態様（後述）で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。

前記水導入口１１と湯導入口１２は、同一口径とされ、かつ、図２に示される如くに、それら（の中心線ＣａとＣｂ）は同一平面上で、所定の角度間隔θ、ここでは９０度の角度間隔をあけて配設されている。

また、弁本体１０内における前記中心線Ｃａより下側（弁室１４下部及び導出口１３上部）には、湯と水の混合を促進するための攪拌部４０が一体に設けられている。この攪拌部４０は、図１に加えて図２を参照すればよくわかるように、前記弁室１４の中心線（前記回転軸線Ｏ）上に配置された円柱状部４２、この円柱状部４２の下部と導入口１３の内壁とを連結する、１２０度間隔で配在された３個の矩形状の連結板部４３、及び、前記円柱状部４２の外周で前記連結板部４３の上部に連設された３枚の突出板部４４を有している。この３枚の突出板部４４は、１２０度の角度間隔をあけて前記円柱状部４２から半径方向に放射状に突出せしめられ、その半径方向の突出長が下方程長い側面視直角三角形状とされ、その底辺が前記弁室１４の内周面に達するようになっている。また、前記円柱状部４２には、後述する弁体支軸３８の下部が嵌挿される穴４６が形成されている。

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側面視矩形の単一の開口部３０が設けられている。

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。

また、前記回転連結軸２５を含む弁体２０の上部中央には、弁体支軸３８の上部が圧入固定される穴３７が設けられ、前記弁体支軸３８の下部は前記円柱状部４２に設けられた穴４６に回転自在に嵌挿されている。

ここで、本実施形態の混合弁１では、水導入口１１及び湯導入口１２が９０度の角度間隔をあけて設けられているので、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６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、図２に示される如くに、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’とし、また、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、水導入口１１及び湯導入口１２が９０度の角度間隔をあけて設けられていることにより、角度（閉塞幅）Ａが角度（閉塞幅）Ｂより大きくなり、前記した条件（１）のＢ＜Ｃ、及び、条件（２）のＡ＞Ｃを同時に満足させることができ、その結果、水と湯の混合機能と湯量絞り機能の双方を併せ持つことができる。

実際に、かかる構成のもとで、例えば、図４（Ａ）に示される如くに、水導入口１１の開口面積が最大（全開）、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５の模式図に示される如くに変化する。すなわち、回転角度が所定角度Ｖａになるまでは、図４（Ｂ）に示される如くに、湯導入口１２は全閉のままであるが、水導入口１１の開口面積（流量）は減少し、回転角度が所定角度Ｖａを越えると、水導入口１１の開口面積（流量）がさらに減少するとともに、湯導入口１２が開きはじめてその開口面積（流量）が増大し、図４（Ｃ）に示される如くに、回転角度が所定角度Ｖｂになると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Ｖｃまで回転させると、水導入口１１の開口面積（流量）が漸減して０（全閉）となり、その後、所定角度Ｖｄまで回転させると、図４（Ｄ）に示される如くに、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Ｖｄを越えて所定角度Ｖｅまで回転させると、図４（Ｅ）、（Ｆ）に示される如くに、水導入口１１を全閉にした状態で、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Ｖｄ〜所定角度Ｖｅ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が同じ平面上で９０度の角度間隔をあけて設けられているので、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１１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。 図１に示される混合弁の水平断面図。 図１に示される混合弁の弁体を示す斜視図。 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
１１ 水導入口
１２ 湯導入口
１３ 導出口
１４ 弁室
２０ 弁体
２２ 周壁部
３０ 開口部
Ｃａ 水導入口の中心線
Ｃｂ 湯導入口の中心線
θ ＣａとＣｂの角度間隔

Claims (4)

1. 水導入口及び湯導入口が実質的に同一平面上で中心軸が交差するように設けられるとともに、該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開口部が設けられた概略円筒状の弁体とを備え、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構成されていることを特徴とする混合弁。
2. 前記水導入口及び湯導入口が実質的に同一平面上で３０度〜１５０度の範囲内の角度間隔をあけて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の混合弁。
3. 前記水導入口及び湯導入口が実質的に同一平面上で９０度の角度間隔をあけて設けられていることを特徴とする請求項１に記載の混合弁。
4. 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から３のいずれか一項に記載の混合弁。

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