(57)【要約】【課題】  例えば水道水の水栓の給水管に設けられる浄水装置の原水と浄水との切り替えを簡易な構成で確実に行う流路切り替え装置を提供する。【解決手段】  流路切り替え装置の装置本体が流体入口部から流入した流体を旋回させる旋回領域を備えた第１室１０と、第１室と内部流路を介して連通された第２室２０と、第１室内の流体の旋回流による負圧に応じて第１室から第２室への流体の流れを阻止する弁体４０とを有し、第１室に旋回流を形成する旋回流形成手段が設けられ、第１流体出口部は第１室内の流体の旋回を阻害しない位置に設けられ、第２流体出口部２２は第２室に設けられ、開閉バルブ開において装置本体内に流入した流体が旋回流による負圧で第１室から第２室に流入するのを弁体が防止しながら第１流体出口部から流出するとともに、開閉バルブ閉において内部流路を介して第２流体出口部から流出する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体入口部、第１流体出口部、及び第２流体出口部を有する装置本体と、前記第１流体出口部に接続された開閉バルブを有する流路切り替え装置において、
前記装置本体は前記流体入口部から当該装置本体内に流入した流体を旋回させる旋回領域を備えた第１室と、
前記第１室と内部流路を介して連通された第２室と、
前記第１室内の流体の旋回流による負圧に応じて前記第１室から第２室への流体の流れを阻止する弁体とを有し、かつ
前記第１室に旋回流を形成する旋回流形成手段が設けられるとともに、前記第１流体出口部は当該第１室内において流体の旋回を阻害しない位置に設けられ、
前記第２流体出口部は前記第２室に設けられ、
開閉バルブ開状態において前記流体入口部から装置本体内に流入した流体が旋回流による負圧によって前記第１室から第２室に流入するのを前記弁体が防止しながら第１流体出口部から流出するとともに、開閉バルブ閉状態において前記内部流路を介して第２流体出口部から流出することを特徴とする流路切り替え装置。
【請求項２】
前記流体入口部は流体が当該第１室の旋回領域の接線方向に流入するように前記旋回領域の中心軸線から偏倚して設けられるとともに、前記第１流体出口部は当該第１室内において旋回する流体が当該第１室の周壁に対して接線方向に流出するように前記旋回領域の中心軸線から偏倚して設けられたことを特徴とする、請求項１に記載の流路切り替え装置。
【請求項３】
前記第１室側に前記弁体を押し付けて前記第１室から第２室への流体の流れを規制する付勢手段が設けられたことを特徴とする、請求項１又は請求項２に記載の流路切り替え装置。
【請求項４】
前記内部流路が前記第１室における旋回領域の中心軸線上にあることを特徴とする、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の流路切り替え装置。
【請求項５】
前記内部流路の第２室側開口部には弁体着座部が備わり、当該弁体と着座部とが協働して前記第２室から第１室への流体の逆流を阻止するようになったことを特徴とする。請求項１乃至請求項４の何れかに記載の流路切り替え装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、入水した流体の流出口を出水要求に基づいて切り替える流路切り替え装置に関し、より好適には例えば水道水の水栓又は給水管に取り付けられる浄水装置に使用され原水と浄水とを切り替え可能とする流路切り替え装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
水道水の水栓又は給水管に取り付けられ、原水と浄水との切り替えを可能とした浄水装置はすでに知られている（例えば、特許文献１参照）。かかる特許文献１に記載の浄水装置は、浄水器に原水を導入する一次側流路と、浄水器から蛇口に至る二次側流路と、一次側流路から分岐して二次側流路に合流するバイパス流路と、分岐部に介在する流路切換遮断部と、二次側流路に介装された逆流阻止部とを備えている。そして、このような浄水装置の流路切り替え遮断部に使用する切り替えバルブには一般的に二方向弁が使用されている（例えば、特許文献２参照）。かかる特許文献２に記載の二方向弁は幅広の入口側開口部と幅狭の出口側開口部を有する内部流路を弁体に備えている。そして、弁体を摺動回転させて、第１流出状態においては内部流路を介して流体入口部を一方の流体出口側に連通させている。また、第２流出状態においては内部流路を介して流体入口部を他方の流体出口部に連通させている。
【特許文献１】特開２００２−１５５５５５号公報（３−４頁、図１）
【特許文献２】実開平６−４３４３５号公報（９−１１頁、図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上述した特許文献２に記載の二方向弁は、アクチュエータの動作に応じて弁体が摺動することで給水流体の流路を一方の流体出口側流路と他方の流体出口側流路に切り替える構成をとっている。すなわち、弁体自体が摺動して流体の流路を切り替えるようになっているので、流体の脈動などによる力を受け易く、この摺動部が磨耗していわゆるせりが生じて滑らかに摺動しなくなり、流路の切り替えを確実に行えなくなるおそれがある。また、停電時などにおいてアクチュエータが所定外の位置で停止すると、一方の流体出口側流路と他方の流体出口側流路との切り替えができないままとなり、二方向弁の破損につながることもある。
【０００４】
また、かかる従来の流路の切り替えを行う切り替え弁はボールバルブやシリンダーバルブが一般的である。しかしながら、このような二方向切り替え弁は複雑な構造を有していることに加えて、ステッピングモーター等による角度制御が必須とされている。そのため、流路を切り替えるのに複雑な操作が必要となり、流路切り替え装置自体が大型化する。また、切り替え弁の駆動に外部アクチュエータを必要とし、外部アクチュエータの取り付け構造やシール構造が複雑となる。
【０００５】
本発明の目的は、例えば水道水の水栓の給水管に設けられる浄水装置の原水と浄水との切り替えを簡易な構成で確実に行う流路切り替え装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上述した課題を解決するために、本発明にかかる流路切り替え装置は、
流体入口部、第１流体出口部、及び第２流体出口部を有する装置本体と、前記第１流体出口部に接続された開閉バルブを有する流路切り替え装置において、
前記装置本体は前記流体入口部から当該装置本体内に流入した流体を旋回させる旋回領域を備えた第１室と、
前記第１室と内部流路を介して連通された第２室と、
前記第１室内の流体の旋回流による負圧に応じて前記第１室から第２室への流体の流れを阻止する弁体とを有し、かつ
前記第１室に旋回流を形成する旋回流形成手段が設けられるとともに、前記第１流体出口部は当該第１室内において流体の旋回を阻害しない位置に設けられ、
前記第２流体出口部は前記第２室に設けられ、
開閉バルブ開状態において前記流体入口部から装置本体内に流入した流体が旋回流による負圧によって前記第１室から第２室に流入するのを前記弁体が防止しながら第１流体出口部から流出するとともに、開閉バルブ閉状態において前記内部流路を介して第２流体出口部から流出することを特徴としている。
【０００７】
開閉バルブを開状態とした時は、ナビエ・ストークス方程式の解で知られるように旋回流の中心付近に発生する負圧を利用して内部流路を閉じるように弁体を引っ張り、これによって第１室から第２室に流体が流れるのを防止して流体入口部から第１流体出口にのみ流体を流すようにする。
【０００８】
また、開閉バルブを閉状態とした時は、弁体に作用する負圧の減少と流体入口部から第１室内に流入した流体の吐出圧によって内部流路を開くように弁体を移動させ、これによって流体入口部から内部流路を介して第２流体出口部にのみ流体を流すようにする。
【０００９】
また、このような構造をとることで１つの開閉バルブの開閉すなわち１ヶ所のオンオフ制御で流体流出口の二方向切り替え可能な流路切り替え構造とすることができ、流路切り替え構造自体が簡単となる。
【００１０】
また、本発明の請求項２に記載された流路切り替え装置は、請求項１に記載の流路切り替え装置において、
前記流体入口部は流体が当該第１室の旋回領域の接線方向に流入するように前記旋回領域の中心軸線から偏倚して設けられるとともに、前記第１流体出口部は当該第１室内において旋回する流体が当該第１室の周壁に対して接線方向に流出するように前記旋回領域の中心軸線から偏倚して設けられたことを特徴としている。
【００１１】
流体入口部と第１流体出口部を第１室のこのような位置に形成することで、特別な攪拌手段を設けることなく、流体入口部から第１室に流体が流入するだけで第１室内に旋回流が自然に生じるようになる。また、停電時において開閉バルブが自動的に開くようにすることで、停電時に第１流体出口部のみから流体が必ず流出するようにできる。
【００１２】
また、本発明の請求項３に記載された流路切り替え装置は、請求項１又は請求項２に記載の流路切り替え装置において、
前記第１室側に前記弁体を押し付けて前記第１室から第２室への流体の流れを規制する付勢手段が設けられたことを特徴としている。
【００１３】
かかる付勢手段を有することで、開閉バルブを開放状態とした時に、旋回流中心部の負圧と付勢手段の付勢力とが合わさって弁体を第１室側にしっかりと押し付けて内部流路を閉塞し、第１室から第２室に流体が流入するのを確実に防止する。
【００１４】
また、本発明の請求項４に記載された流路切り替え装置は、請求項１乃至請求項３の何れかに記載の流路切り替え装置において、
前記内部流路が前記第１室における旋回領域の中心軸線上にあることを特徴としている。
【００１５】
内部流路をこのような位置に形成することで、開閉バルブを開状態とした時に旋回流中心部からの負圧が内部流路を開閉する弁体に最大限作用するようにして弁体が内部流路をしっかりと閉じるようにする。
【００１６】
また、本発明の請求項５に記載された流路切り替え装置は、請求項１乃至請求項４の何れかに記載の流路切り替え装置において、
前記内部流路の第２室側開口部には弁体着座部が備わり、当該弁体と着座部とが協働して前記第２室から第１室への流体の逆流を阻止するようになったことを特徴としている。
【００１７】
弁体が内部流路の第２室側開口部に着座して内部流路を閉じるようになっているので、第２室側の流体が第１室側に逆流しようとしても、この流れに伴って弁体が押されて第２室側開口部に着座し、これによって弁体が内部流路を閉じて第２室から第１室への流体の逆流を防止する。
【００１８】
また、流路切り替え装置内部に弁体逆流防止機構を有することで逆流防止弁を新たに設ける必要がない。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によると、例えば水道水の水栓の給水管に設けられる浄水装置の原水と浄水との切り替えを簡易な構成で確実に行う流路切り替え装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の一実施形態にかかる流路切り替え装置について説明する。本発明の一実施形態にかかる流路切り替え装置１は、図１及び図２に示すように、例えば樹脂でできて内部が分離壁３０で画成された第１室１０と第２室２０を有するハウジング（装置本体）１ａと、ハウジング１ａの第１室側に設けられた流体入口部１１及び第１流体出口部１２と、ハウジング１ａの第２室側に設けられた第２流体出口部２２と、分離壁３０の略中心部に形成され、第１室１０と第２室２０と連通する内部流路３１（図２参照）と、圧縮スプリング４５によって第２室側から第１室側に付勢され、内部流路３１を通る流体の流量を制限する弁体４０と、第２流体出口部の下流側に設けられた開閉バルブ５０（図２参照）を備えている。
【００２１】
第１室１０はハウジング内部下方において平たい円柱状の空間をなす旋回領域として形成され、流体入口部１１が第１室１０の底部付近でこの第１室１０の半径方向一側の周壁において流体の進入方向が周壁の接線方向に向くように設けられている。また、第１流体出口部１２は、第１室１０の中心部に対して流体入口部１１と同様に半径方向一側の周壁部に偏倚して備わっている。なお、第１流体出口部１２は、流体入口部１１よりも分離壁３０に近い第１室上部の周壁に設けられている。そして、第１流体出口部１２の流体流出方向は、流体入口部１１と同様に第１室の周壁の接線方向となるように設けられている。
【００２２】
このようにして、開閉バルブ５０が開放された場合に流体入口部１１から第１室の旋回領域の接線方向から流入した流体は、第１室内で旋回しながら上昇し、第１流体出口部１２からこの旋回領域の接線方向に流出する。これによって第１室内では第１室１０の中心軸線まわりに流体の旋回流（渦）が発生し、この第１室１０における旋回流の中心部の上方領域がその周囲領域や第２室２０よりも圧力が低下して負圧となる。
【００２３】
第１流体出口部１２からは、図２及び図３に示すように、第１流体出口流路１３が延在形成され、この第１流体出口流路１３の一部にこの流路の開閉を行う開閉バルブ５０が備わっている。なお、開閉バルブ５０は、例えばソレノイドなどのアクチュエータと、これによって駆動されるバルブからなる。
【００２４】
第２室２０は第１室１０と同じように平たい円柱状の空間をなす旋回領域として形成されている。また、第２流体出口部２２は本実施形態の場合、第１流体出口部１２と同様の向きで第１流体出口部１２の上方であって第２室２０の周壁に設けられている。なお、第２流体出口部２２は本実施形態の場合、常時開放されており、特別な開閉バルブなどを有していない。
【００２５】
また、第１室１０と第２室２０は上述したように分離壁３０で画成され、分離壁３０の中心部分、すなわち上述した第１室１０の旋回領域の中心軸線に対応する位置に第１室１０と第２室２０を連通する内部流路３１が備わるとともに、この内部流路を通る流体の流れを規制する弁体４０が備わっている。
【００２６】
ここで、この内部流路３１は本実施形態の場合、第１室１０と第２室２０を仕切る分離壁３０に開口した連通部を指しているが、第１室と第２室がある程度離間して形成され、この間を連通する連通路も内部流路として当然に含むものとする。
【００２７】
なお、内部流路３１の第２室側開口部には、弁体４０が着座する着座部３２が形成されるとともに、弁体４０の上方には弁体４０を上下方向移動可能に支持する弁体支持部３４（図１参照）が備わっている。そして、弁体支持部３４と弁体４０の間には圧縮スプリングが介装され、この圧縮スプリング４５によって弁体４０は内部流路３１の第１室側に向かって着座部３２に押し付けられるようになっている。
【００２８】
なお、圧縮スプリング４５の付勢力は、開閉バルブ５０が開の場合に第１室１０で生じた旋回流の負圧による弁体４０への引っ張り力と合わさって、第１室１０から第２室２０への流体の流入を阻止するのに十分な付勢力であることに加えて、開閉バルブ５０が閉止した場合に、第１室１０内の流体を第２室２０に流入させるように弁体４０が移動するのを阻止しない程度の付勢力となっている。
【００２９】
続いて、上述した構成を有する流路切り替え装置１の作用（動作）について説明する。最初に流体入口部１１から第１流体出口部１２に流体を流す場合について説明する。図２に示すように、まず、開閉バルブ５０を開くことで、流体入口部１１から第１室１０の周壁に対して接線方向に流入した流体は、第１室の旋回領域で旋回するとともに上昇し、第１室１０の第１流体出口部１２から開閉バルブ５０を通って流出する。この場合、この流体の旋回によって、第１室内には第１室１０の旋回領域の中心軸線回りに流体の旋回流が発生し、この旋回流中心部上方の圧力がナビエ・ストークス方程式の解で知られるように周辺部分や第２室２０に比べて低下する（図４（ａ）及び図４（ｃ）の実線参照）。
【００３０】
弁体４０はもともと圧縮スプリング４５によって内部流路３１を狭めるように第１室側に付勢されているが、この負圧がさらに作用することで内部流路３１の第２室側開口部に形成された着座部３２に押し付けられる。これによって、内部流路３１は完全に閉じられ、開閉バルブ５０を開いている状態では流体が第１室１０から第２室２０に流入することはなくなる。
【００３１】
続いて、流体入口部１１から第２流体出口部２２に流体を流す場合について説明する。開閉バルブ５０を閉じると、流体入口部１１から第１室１０に流入した流体はやはり第１室内で旋回するが、この流体は第１流体出口部１２からは流出できなくなるので、第１室内での旋回流のでき方が開閉バルブ開の場合と比べて不十分となる（図４（ｂ）の点線及び図４（ｃ）の点線参照）。これによって、旋回流中心部上方の圧力が開閉バルブ開の場合ほど低下しなくなり、第２室２０や周辺部に比べてわずかな負圧が生じるだけとなる。これによって、弁体４０が第２室側に移動しやすくなり、第１室内に流入した流体がその吐出圧により弁体４０を押し上げて弁体４０を第２室側に移動させると内部流路３１の第２室側開口部を開く。そして、第１室内の流体は第２室２０に流入するとともに第２流体出口部２２から流出する。
【００３２】
以上の説明から明らかなように、この流路切り替え装置１は装置内部の第１室１０において生じる流体の旋回流中心部の負圧によって弁体４０を移動させる構成を有しており、従来の二方向弁のように外部のアクチュエータとこれと連動した摺動部を有する弁体を備えていない。そのため、従来の二方向弁のように長期間の使用に伴って弁軸や弁体などの摺動部に流体からの力が作用し続けることでこの摺動部にいわゆるせりが生じてバルブ開閉ができなくなるようなことはない。また、停電時に開閉バルブ５０が自然に開くようにしておけば、流体入口部１１から流入した流体は必ず第１流体出口部１２から流出するようになる。従って、このような停電時においては第１室流体出口部１２から流体が流出する場合の安全性を確保しておけば、フェールセーフを実現できる。
【００３３】
なお、弁体４０は内部流路３１の第２室側開口部に形成された着座部３２に着座して内部流路３１を閉じるようになっているので、第２室側の流体が第１室側に逆流しようとしても、この流れに伴って弁体４０が押されて着座部３２に着座し、これによって弁体４０が内部流路３１を閉じて第２室２０から第１室１０への流体の逆流を防止することができる。
【００３４】
以上の流路切り替え装置１は、例えば水栓の給水部に設けた浄水装置の切り替えバルブに適用可能である。具体的には、例えば、流体入口部１１に水道水の原水を流入させ、第１流体出口部１２から流出した原水はそのまま水栓に給水されるようにする。一方、第２流体出口部２２から流出した原水は活性炭などを備えた浄水装置に流入して浄水として水栓から流出するようにする。これによって、流体入口部から流入される原水をそのまま水栓から流出させるか、浄水として水栓から流出させるかの切り替えをこの簡易な構成の流路切り替え装置で行うことができるようになる。また、このような構成をとることで、停電時においては原水が第１流体出口部１２からそのまま流出するようにすれば、フェールセーフを確保できる。
【００３５】
以上説明した流路切り替え装置の流体入口部と第１流体出口部が設けられる位置は上述の実施形態の位置に限定されず、開閉バルブが開いている際に流体入口部から流入する流体が第１流体出口部から流出する間に第１室で旋回流を発生し、この旋回流による旋回流上方の圧力低下で弁体が内部流路をしっかりと閉じることができれば、どのような位置に形成されていても良い。
【００３６】
また、第１室は流体の旋回流を生じさせることができればその旋回領域の軸線方向と直交するする断面視で必ずしも周縁円形を有する必要はなく、断面視で周縁楕円形や周縁トラック形状を有していても良い。
【００３７】
また、弁体には上述の実施形態のようにスプリングを必ずしも備える必要はないが、スプリングを有することで開閉バルブを開放した際の弁体による第１室から第２室への流体の流れをより確実に阻止できる。
【００３８】
また、スプリングは上述の実施形態のように圧縮スプリングとして第２室から第１室に向かって弁体を付勢する構造とする必要は必ずしもなく、板バネやベローズによって第２室から第１室に向かって弁体を付勢する構造としても良い。また、一端を分離壁に取り付け、他端を弁体に取り付けた引っ張りスプリングによって弁体を第２室から第１室に向かうように付勢する構造としても良い。
【００３９】
また、開閉バルブを開いた状態で弁体が第１室側に移動して第１室内の流体が第２室に流入できないようにすれば、弁体は必ずしも第１室の中心軸線上に備わっている必要はなく、中心軸線上から偏倚して備わっていても良い。
【００４０】
また、ハウジングの外径は、本実施形態のように両端部の塞がった円筒形状を必ずしも備える必要はない。すなわち、例えばハウジングの外形が直方体であっても、第１室内で流体の旋回流が生じるように第１室が形成されていればハウジングの外形形状はどのようなものであっても良い。
【００４１】
また、ハウジングや弁体、圧縮スプリングの材質は、本発明の作用を発揮するものであれば、樹脂材、金属等様々な材質を用いることができる。
【００４２】
また、第１室に流体の旋回流を生じさせる羽根と駆動部を備えた特別な旋回手段を流路切り替え装置に設けても良い。この場合、本実施形態のように、流体が第１室内で旋回流を生じさせる位置に流体入口部と第１流体出口部を特別に形成する必要はない。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態にかかる流路切り替え装置の概略構造を透過的に示す斜視図である。
【図２】図１に示した流路切り替え装置において開閉バルブを開状態にした時の概略構造を示す断面図である。
【図３】図１に示した流路切り替え装置において開閉バルブを閉止状態とした時の概略構造を示す断面図である。
【図４】図２と図３に示した流路切り替え装置の弁体に作用する圧力を分かりやすく対比した説明図である。
【符号の説明】
【００４４】
１    流路切り替え装置
１ａ    ハウジング（装置本体）
１０    第１室
１１    流体入口部
１２    第１流体出口部
１３    第１流体出口流路
２０    第２室
２２    第２流体出口部
３０    分離壁
３１    内部流路
３２    着座部
３４    弁体支持部
４０    弁体
４５    圧縮スプリング
５０    開閉バルブ
【図１】
2006265838.tif 000003
【図２】
2006265838.tif 000004
【図３】
2006265838.tif 000005
【図４】
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