特許 6620310 流路切替弁及びそれを備えた給湯装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6620310

(24)【登録日】2019年11月29日

(45)【発行日】2019年12月18日

(54)【発明の名称】流路切替弁及びそれを備えた給湯装置

(51)【国際特許分類】

   F16K 3/06 20060101AFI20191209BHJP

   F16K 3/18 20060101ALI20191209BHJP

   F16K 11/074 20060101ALI20191209BHJP

   F24H 1/18 20060101ALI20191209BHJP

   F24H 4/02 20060101ALN20191209BHJP

【ＦＩ】

   F16K3/06 A

   F16K3/18 B

   F16K11/074 Z

   F24H1/18 H

   !F24H4/02 G

【請求項の数】2

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2016-13604(P2016-13604)

(22)【出願日】2016年1月27日

(65)【公開番号】特開2017-133591(P2017-133591A)

(43)【公開日】2017年8月3日

【審査請求日】2018年8月7日

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100115554

【弁理士】

【氏名又は名称】野村 幸一

(72)【発明者】

【氏名】柳澤 忠

【審査官】 加藤 昌人

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１５−１７２４０３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５５−１５３４５３（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｆ１６Ｋ ３／００− ３／３６

Ｆ１６Ｋ １１／００−１１／２４

Ｆ２４Ｈ １／１８− １／２０

Ｆ２４Ｈ ４／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも１つの流入ポート、複数の流出ポートを有する本体と、回転することで前記流入ポートと前記複数の流出ポートの少なくとも１つとを連通させる貫通孔を有し、樹脂材料またはゴム材料から形成されている閉止弁体と、前記閉止弁体とは別部品で、前記閉止弁体を回転させ、前記閉止弁体より硬い材料から形成されている回転軸と、前記回転軸の下部に形成され、前記閉止弁体を前記閉止弁体の下面を支持し、前記回転軸の外径より大きい支持部と、前記回転軸を回転させる駆動部とを備え、前記閉止弁体と前記回転軸とは同時に回転するように嵌合されており、また、前記本体の内部圧力の前記支持部への作用により、前記回転軸が所定の方向に移動することで、前記閉止弁体も前記支持部により前記回転軸の移動方向と同一方向に移動し、前記複数の流出ポートのうち、前記閉止弁体の上面が、前記閉止弁体の前記貫通孔と連通していない前記流出ポートを閉塞する構成としたことを特徴とする流路切替弁。

【請求項2】

湯水と貯留する貯湯槽と、前記貯湯槽に給水する給水管と、前記給水管に設けられた減圧弁と、前記湯水を加熱する加熱手段とを備え、前記貯湯槽の下部の湯水を、前記加熱手段を介して、前記貯湯槽の上部に戻すか、あるいは、前記貯湯槽の下部へ戻すかを、前記請求項１に記載の流路切替弁により切替える構成としたことを特徴とする給湯装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、流路切替弁及びそれを備えた給湯装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の給湯装置に用いられている流路切替手段回転軸として、閉止弁体を用いたものがある（例えば、特許文献１参照）。

【0003】

この流路切替手段は、図８に示すように、流路切替弁の本体１９の内部には、回転式の閉止弁体２３が設置されており、閉止弁体２３の回転軸２４を、電動モーターを有した駆動部２６で駆動させることにより、回転式の閉止弁体２３が軸周りに回転して、流路が切り替わるようになっている。

【0004】

回転軸２４の周囲にはＯリング２７が配置されており、流路切替弁の本体１９内の流体が外部に漏れるのを防いでいる。また、これにより閉止弁体２３は本体１９に軸支されている。

【0005】

また、閉止弁体２３は、本体１９に沿ってＺ軸の方向に摺動（移動）する。閉止弁体２３には貫通孔２９が設けられており、貫通孔２９は流路切替弁の本体１９に開けられている第１の流出ポート（貯湯槽下流路）２１への流出口、第２の流出ポート（貯湯槽上流路）２２への流出口と一致する開口形状となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１５−１７２４０３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

しかしながら、前記従来の構成では閉止弁体２３と回転軸２４が一体になっているため、閉止弁体を閉止性能が高い軟らかい材料を使用し、回転軸は強度が高い硬い材料を使うなど、異なった材質で構成することができず、また、閉止弁体２３を樹脂で成形する際に、閉止弁体上にパーティングラインがつき、本体１９と閉止弁体２３の密着性が低下して弁漏れが発生するという課題を有していた。

【0008】

また、前記閉止弁体上のパーティングラインを切削加工すると切り屑が発生し、本体１９と閉止弁体２３の間に挟まれて水漏れにつながる恐れがあるため、前記水漏れを防ぐために切り屑の除去が必要になり、生産効率が低下し、コストアップにつながるという課題も有していた。

【0009】

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、閉止性能に優れた流路切替弁及びそれを備えた給湯装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

前記従来の課題を解決するために、本発明の流路切替弁は、少なくとも１つの流入ポート、複数の流出ポートを有する本体と、回転することで前記流入ポートと前記複数の流出ポートの少なくとも１つとを連通させる貫通孔を有し、樹脂材料またはゴム材料から形成されている閉止弁体と、前記閉止弁体とは別部品で、前記閉止弁体を回転させ、前記閉止弁体より硬い材料から形成されている回転軸と、前記回転軸の下部に形成され、前記閉止弁体を前記閉止弁体の下面を支持し、前記回転軸の外径より大きい支持部と、前記回転軸を回転させる駆動部とを備え、前記閉止弁体と前記回転軸とは同時に回転するように嵌合されており、また、前記本体の内部圧力の前記支持部への作用により、前記回転軸が所定の方向に移動することで、前記閉止弁体も前記支持部により前記回転軸の移動方向と同一方向に移動し、前記複数の流出ポートのうち、前記閉止弁体の上面が、前記閉止弁体の前記貫通孔と連通していない前記流出ポートを閉塞する構成としたことを特徴とするものである。

【0011】

これにより、閉止弁体と回転軸が別部品で構成できるため、閉止弁体は閉止性能が高い材質を選定し、回転軸には強度の高い材質を選定で、また、樹脂成形する際にパーティングラインが閉止弁体の閉止面につかないため、本体と閉止弁の密着性が向上し、水漏れを防ぐことができる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、閉止性能に優れた流路切替弁及びそれを備えた給湯装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施の形態１における給湯装置の回路図

【図2】本発明の実施の形態１における流路切替弁の断面図

【図3】同流路切替弁の閉止弁体の上面図と正面図

【図4】同流路切替弁の回転軸の上面図と正面図

【図5】同流路切替弁が貯湯槽下流路に切替っているときの下面図

【図6】同流路切替弁が貯湯槽上流路に切替っているときの下面図

【図7】同流路切替弁の出口から異常加圧された状態の流路切替え弁の断面図

【図8】従来の給湯装置に用いられている流路切替弁の断面図

【発明を実施するための形態】

【0014】

第１の発明は、少なくとも１つの流入ポート、複数の流出ポートを有する本体と、回転することで前記流入ポートと前記複数の流出ポートの少なくとも１つとを連通させる貫通孔を有し、樹脂材料またはゴム材料から形成されている閉止弁体と、前記閉止弁体とは別部品で、前記閉止弁体を回転させ、前記閉止弁体より硬い材料から形成されている回転軸と、前記回転軸の下部に形成され、前記閉止弁体を前記閉止弁体の下面を支持し、前記回転軸の外径より大きい支持部と、前記回転軸を回転させる駆動部とを備え、前記閉止弁体と前記回転軸とは同時に回転するように嵌合されており、また、前記本体の内部圧力の前記支持部への作用により、前記回転軸が所定の方向に移動することで、前記閉止弁体も前記支持部により前記回転軸の移動方向と同一方向に移動し、前記複数の流出ポートのうち、前記閉止弁体の上面が、前記閉止弁体の前記貫通孔と連通していない前記流出ポートを閉塞する構成としたことを特徴とする流路切替弁である。

【0015】

これにより、回転軸と閉止弁が別部品で構成できるため、閉止弁体を閉止性能が高い軟らかい材料を使用し、回転軸は強度が高い硬い材料を使うなど、異なった材質で構成することができ、閉止性能が向上する。また、閉止弁を樹脂成形で作成する際にパーティングラインが閉止面につかないので、閉止性能が向上させることができ、パーティングラインの除去およびそれに伴う切り屑の除去などが不要で、より安価な流路切替弁を提供することができる。

【0016】

第２の発明は、湯水と貯留する貯湯槽と、前記貯湯槽に給水する給水管と、前記給水管に設けられた減圧弁と、前記湯水を加熱する加熱手段とを備え、前記貯湯槽の下部の湯水を、前記加熱手段を介して、前記貯湯槽の上部に戻すか、あるいは、前記貯湯槽の下部へ戻すかを、前記第１の発明に記載の流路切替弁により切替える構成としたことを特徴とする給湯装置である。

【0017】

これにより、貯湯槽の下部の湯水を、前記加熱手段を介して、前記貯湯槽の上部または下部へと戻すときに、弁漏れが発生せずに流路の切り替えが可能で、熱効率の低下が防げる。

【0018】

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。

【0019】

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における流路切替弁を備えた給湯装置の概略構成図である。

【0020】

図１において、給湯装置は、貯湯槽１と、加熱手段としてのヒートポンプ熱源２を備える。給水源から供給された水は、給水管３と減圧弁４を通り、貯湯槽１の下部と給湯混合弁５に分岐され、貯湯槽１の下部から入水された水は貯湯槽１に貯まる。

【0021】

貯湯槽１の下部とヒートポンプ熱源２とは沸き上げポンプ６を介してヒートポンプ往き管７で接続されている。

【0022】

ヒートポンプ熱源２内には圧縮機８が内蔵され、ヒートポンプ熱源２に入水された湯水と熱交換して温度を上げて、ヒートポンプ戻り管９と貯湯槽下戻り管１０を通って、貯湯槽１の下部に戻るようになっている。ヒートポンプ戻り管９と貯湯槽下戻り管１０の間には流路切替弁１１が設けられている。

【0023】

沸き上げ初期には、ヒートポンプ熱源２から戻ってくる湯温は低く（例えば、６０℃未満）、その場合には流路切替弁１１の流路は沸き上げた湯を、貯湯槽下戻り管１０を通り貯湯槽１の下部に供給するようになっている。

【0024】

ヒートポンプ熱源２から戻ってくる湯温が高くなった場合（例えば、６０℃以上）には、流路切替弁１１の流路は、貯湯槽上戻り管１２を通り、貯湯槽１の上部に戻すようになっている。

【0025】

すなわち、ヒートポンプ往き管７、ヒートポンプ戻り管９、貯湯槽下戻り管１０または貯湯槽上戻り管１２が互いに接続されて、貯湯槽１の下部の湯水が貯湯槽１の上部に向かって流れ、貯湯槽１内の湯水を加熱する加熱回路が形成される。

【0026】

貯湯槽１の上部に貯えられた湯と給水管３から分岐された水は給湯混合弁５で混合され、給湯温度センサ１６、流量センサ１７を通り蛇口１８から出湯される。

【0027】

ヒートポンプ熱源２の入口には入水温度を測温する入水温度センサ１３と、出口にはヒートポンプ熱源２からの出湯温度を検出する出湯温度センサ１４が設けられており、検出された温度データは制御基板１５に送られる。

【0028】

検出された温度は圧縮機８の出力を調整するために用いられ、出湯温度センサ１４の温度情報により流路切替弁１１が制御される。

【0029】

図２に、本実施の形態１の流路切替弁１１の断面図を示す。図２において、流路切替弁１１の本体１９内には、流入ポート２０と、第１の流出ポート２１、第２の流出ポート２２の、少なくとも１つの流入路と複数の流出路とが設けられている。

【0030】

本実施の形態では、本体１９内には、少なくとも３方向の流路が設けられており、流入ポート２０側には、ヒートポンプ戻り管９に接続され、ヒートポンプ熱源２により加熱された温水が戻ってくるヒートポンプ戻り流路を構成する。

【0031】

第１の流出ポート２１側には、貯湯槽上戻り管１２が接続されており、貯湯槽１の上部に湯水を送る貯湯槽上流路を構成する、第２の流出ポート２２側には、貯湯槽下戻り管１０が接続されており、貯湯槽１の下部に湯水を送る貯湯槽下流路を構成する。

【0032】

なお、本実施の形態において、本体１９は一体に構成されているが、本体１９は、上述の少なくとも３方向の流路を有していれば、複数の部材を組み合わせて構成されているものであってもかまわない。

【0033】

流路切替弁１１の本体１９の内部には、回転式の閉止弁体２３が設置されており、回転式の閉止弁体２３と回転軸２４とは回転止め２５が設けられており、回転軸２４が回転するのと同時に閉止弁体２３も回転するようになっている。

【0034】

回転軸２４は電動モーターを有した駆動部２６で駆動させることにより、回転式の閉止弁体２３はＺ軸を中心に回転して、流路が切り替わるようになっている。

【0035】

回転軸２４の周囲にはＯリング２７が配置されており、流路切替弁１１の本体１９内の流体が外部に漏れるのを防いでいる。

【0036】

また、これにより、閉止弁体２３は本体１９に軸支されている。回転軸２４の下部には、閉止弁体２３を下部より支持する支持部２８が、回転軸２４の外径より大きく形成されている。

【0037】

図３に閉止弁体２３の上面図と正面図を示す。また、図４に回転軸の上面図と正面図を示す。

【0038】

回転軸２４に設けられている回転止めの突起３１が閉止弁体２３の切欠き３０と嵌合し回転軸２４の回転と同時に閉止弁体２３がＺ軸周りに回転するようになっている。

【0039】

図５に流路切替弁１１が第１の流出ポート（貯湯槽下流路）２１側に切替っているときの下面図を示す。

【0040】

流路切替弁１１の本体１９内の回転式の閉止弁体２３に開けられた貫通孔２９と、貯湯槽下流路２１への流出口が一致し、ヒートポンプ戻り管９から流出した湯水が流路切替弁１１の流入ポート２０から流入し、貯湯槽下流路２１を介して貯湯槽下戻り管１０へと流入する。その後、貯湯槽１の下部から貯湯槽１内に供給される。

【0041】

図６に流路切替弁１１が第２の流出ポート（貯湯槽上流路）２２側に切替っているときの下面図を示す。

【0042】

流路切替弁１１の本体１９内の回転式の閉止弁体２３に開けられた貫通孔２９と貯湯槽上流路２２が一致し、ヒートポンプ戻り管９から流出した湯水が、流路切替弁１１の流入ポート２０から流入して、貯湯槽上流路２２を介して貯湯槽上戻り管１２に流入する。

【0043】

その後、貯湯槽１の上部から貯湯槽１内に供給される。ヒートポンプ戻り管９から流入した湯水の流出先を、貯湯槽上流路２２から貯湯槽下流路２１に切替えるには、駆動部２６を駆動させて、回転式の閉止弁体２３を所定角度（本実施の形態では１８０度）回転することによって実現できる。

【0044】

次に、動作、作用について説明する。貯湯槽１への湯の貯湯は、流路切替弁１１を、流入ポート２０から流入した湯水が貯湯槽上流路２２へと流れるように、回転式の閉止弁体２３の位置を設定する。

【0045】

これにより、貯湯槽１の上部に湯が貯湯されるようにする。貯湯槽１への湯の貯湯が終了したら、流路切替弁１１を、流入ポート２０から流入した湯水が、貯湯槽下流路２１へと流れるように、回転式の閉止弁体２３を所定角度（本実施の形態では１８０度）回転させる。

【0046】

これによって、貯湯槽上流路２２が閉止弁体２３によって閉塞され、貯湯槽１の上部に貯湯された湯が貯湯槽１の下部に対流することを防ぐ。

【0047】

ここで、本体１９に内圧の作用により、回転軸２４は、図２に示すＺ軸方向に移動し、回転軸２４に設けられた支持部２８により、閉止弁体２３も回転軸２４と同様にＺ軸方向に移動し、本体１９と密着することにより貯湯槽下流路２１および貯湯槽上流路２２と、閉止弁体２３の貫通孔２９と連通していない箇所の水漏れを防ぐことができる。

【0048】

図７は、流路切替弁１１の流出ポート（２１、２２）側に接続された配管内で過大な圧力が生じた状態の流路切替弁１１の断面を示す。

【0049】

貯湯槽１への湯の供給が終了したら、貯湯槽上流路２２は閉止弁体２３によって閉塞されているので、貯湯槽上戻り管１２内の圧力が凍結等により上昇した場合、閉止弁体２３は、流路切替弁１１の下方に動き、隙間３２を発生させる。

【0050】

これにより、その時点で閉塞されている流出ポート（貯湯槽上流路２２）が開放されて、複数の流出ポート（２１、２２）が連通するため、貯湯槽上戻り管１２内の圧力上昇が解消され、流路切替弁１１の破損を防ぐことができる。

【0051】

また、給湯装置を長期間使用しないために貯湯槽１の湯水を抜く際には、流路切替弁１１の内圧（特に、流入ポート２０側の内圧）が大気圧と同程度になり、流入ポート２０側の内圧と流出ポート（２１、２２）側の内圧との圧力差が増大するので、貯湯槽上流路２２を閉塞していた回転式の閉止弁体２３の閉弁機能が減少、または、喪失する。

【0052】

よって、貯湯槽上戻り管１２内の湯水が閉止弁体２３、ヒートポンプ戻り管９を通り、給湯装置外に排出されるので、特に、貯湯槽上戻り管１２内の残水の凍結による流路切替弁１１の破損を防ぐことができる。

【0053】

回転軸２４は、本体１９の内圧と外気圧（大気圧）の差圧を受けるので、それに耐える硬い材質（例えばＰＰＳなど）を選定する必要があり、閉止弁体２３と回転軸２４を一体で構成すると閉止弁体２３も硬い材質になってしまう。

【0054】

前述のように閉止弁体２３を硬い材質にすると、閉止機能が劣るため、閉塞されている流路への漏れが発生してしまう。

【0055】

前述のように漏れが発生すると、流入ポート２０から貯湯槽下流路２１に流路切替弁１１の流路が設定されている場合は、ヒートポンプ熱源２から流入するのは低温水であり、貯湯槽上部に前記低温水が流入すると貯湯槽１の上部の湯温度が低下してしまい、使用できる総熱量が少なくなるので、熱効率の低下になってしまう。

【0056】

本発明のように、閉止弁体２３と回転軸２４を別部品で構成することにより、回転軸２４は強度を重視して硬い材質（例えばＰＰＳなど）を用い、閉止弁体２３は閉止性能を重視して軟らかい材質（例えばＰＴＦＥなど）を用いることが可能となり、弁体の漏れを防いで効率の高い給湯機を提供することが可能となる。

【0057】

また、閉止弁体２３と回転軸２４とが別部品なので、閉止弁体を樹脂やゴム材料で作る場合、金型の割り面に発生するパーティングラインが閉止弁体２３の上面ではなく、図３に示すように閉止弁体の側面に発生するため、閉止面である閉止弁体２３の上面は表面粗さが向上し、閉止性能が向上する。

【産業上の利用可能性】

【0058】

本発明によれば、閉止性能に優れた流路切替弁を実現することができるので、業務用、家庭用の給湯装置等に適用できる。

【符号の説明】

【0059】

１ 貯湯槽
２ ヒートポンプ熱源（加熱手段）
３ 給水管
４ 減圧弁
５ 給湯混合弁
６ 沸き上げポンプ
７ ヒートポンプ往き管
８ 圧縮機
９ ヒートポンプ戻り管
１０ 貯湯槽下戻り管
１１ 流路切替弁
１２ 貯湯槽上戻り管
１３ 入水温度センサ
１４ 出湯温度センサ
１５ 制御基板
１６ 給湯温度センサ
１７ 流量センサ
１８ 蛇口
１９ 本体
２０ 流入ポート（ヒートポンプ戻り流路）
２１ 第１の流出ポート（貯湯槽下流路）
２２ 第２の流出ポート（貯湯槽上流路）
２３ 閉止弁体
２４ 回転軸
２５ 回転止め
２６ 駆動部
２７ Ｏリング
２８ 支持部
２９ 貫通孔
３０ 切欠き
３１ 突起
３２ 隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】