(57)【要約】      （修正有）【課題】流路の圧力損失を小さくすることで、流量性能を向上させた減圧弁を得る。【解決手段】減圧弁２０は、一次圧力を有する一次側水域に設けられた流入口３６と、一次圧力よりも低い二次圧力を有する二次側水域に設けられた流出口３７と、止水機能を有し、一次側水域と二次側水域との境界領域３９に設けられた弁機構と、を備え、弁機構の下方に位置する境界領域３９から流出口３７までの流路形状が、流出口３７に向かうに従って滑らかに変化する半涙滴形状の流線形に形成されたものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次圧力を有する一次側水域に設けられた流入口と、
前記一次圧力よりも低い二次圧力を有する二次側水域に設けられた流出口と、
止水機能を有し、前記一次側水域と前記二次側水域との境界領域に設けられた弁機構と、を備え、
前記弁機構の下方に位置する前記境界領域から前記流出口までの流路形状が、前記流出口に向かうに従って滑らかに変化する半涙滴形状の流線形に形成されたことを特徴とする減圧弁。
【請求項２】
前記境界領域から前記流出口までの前記流路形状の一部にディンプル構造を設けたことを特徴とする請求項１に記載の減圧弁。
【請求項３】
前記弁機構は、前記一次側水域と前記二次側水域との前記境界領域に配置された弁座と、
前記弁座に対向して配置され、前記一次側水域の前記一次圧力を受けるピストンの一端に連結された弁体と、
前記ピストンの他端に連結されると共に前記二次側水域の前記二次圧力を受けるダイヤフラムとを有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載の減圧弁。
【請求項４】
前記一次側水域に設けられた前記流入口と前記二次側水域に設けられた前記流出口とが、同軸上に配置されたことを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の減圧弁。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、減圧弁に関するものであり、例えば、給湯器に用いる減圧弁に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、戸建て住宅向けのヒートポンプ給湯器に用いられる減圧弁のうち、一次側水域と二次側水域との境界部の流路面積を可変調整する止水機能を有する弁機構を備えた減圧弁が知られている。減圧弁は、水道局から供給される一次水圧を家庭用使用水圧の二次水圧に減圧する機能と、一次側水域と二次側水域との境界の流路面積と、境界部の一次側圧力と二次側圧力の差より、二次側へ供給する流量を決定する機能をもつ。
近年、減圧弁は、ヒートポンプ給湯器のタンク容量の増大に伴う実装領域の削減や、コスト低減などの要求から減圧弁を小型化する必要がある。
【０００３】
従来、減圧弁を大型化させず、また弁流入口と弁流出口とが直交する構成の減圧弁にも適用可能な、ピストン傾斜防止機構を備える減圧弁が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
その減圧弁は、一次側流路と二次側流路との境界部の流路面積を可変調整する止水機能を有する減圧弁であって、シリンダに摺動可能に挿通されシリンダの中心軸線の延在方向に往復動するピストンヘッドと、その一端からピストンヘッドと同軸に延びてシリンダの一端から外へ突出する第１ピストンロッドとピストンヘッドの他端からシリンダの外へ突出する第２ピストンロッドとを有している。また、その減圧弁は、シリンダの一端の筒状弁座と、第１ピストンロッドのシリンダ外へ突出して固定された弁体と、シリンダと同軸に配設され第２ピストンロッドのピストンヘッドから離隔する端部に摺接して第２ピストンロッドをシリンダの中心軸線方向に案内する機構とを備えている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１４１５５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
減圧弁は、近年、ヒートポンプ給湯器のタンク容量の増大に伴う実装領域の削減や、コスト低減などを要求されることから小型化する必要がある一方、給湯、給水能力は従来と同等以上であることを要求されている。そのため、流量は、従来の流量と同等以上（以降、流量性能と称す）を確保する必要がある。
減圧弁を小型化してかつ流量性能を確保するには、使用水圧に対する強度確保のため減圧弁構造部品の肉厚を確保しつつ、流路断面積を維持し、その他機構部品を収納する必要がある。
しかしながら、従来の減圧弁では、小型化するに伴い流量性能を確保するという要求を満足することが非常に困難であるという問題があった。
【０００６】
この発明は、上述のような問題点を解決するためになされたものであり、減圧弁における流路の圧力損失を小さくすることで、流量性能を向上させた減圧弁を提供することを目的にしている。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係る減圧弁は、一次圧力を有する一次側水域に設けられた流入口と、前記一
次圧力よりも低い二次圧力を有する二次側水域に設けられた流出口と、止水機能を有し、前記一次側水域と前記二次側水域との境界領域に設けられた弁機構と、を備え、前記弁機構の下方に位置する前記境界領域から前記流出口までの流路形状が、前記流出口に向かうに従って滑らかに変化する半涙滴形状の流線形に形成されたものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明による減圧弁によれば、弁機構の下方に位置する境界領域から流出口までの流路形状が、流出口に向かうに従って滑らかに変化する半涙滴形状の流線形に形成されたので、流路内で発生する圧力損失を小さくすることができ、流量性能を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係る減圧弁が実装された給湯器のシステム図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る減圧弁の縦断面図である。
【図３】この発明の実施の形態２に係る減圧弁の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
実施の形態１．
以下、図面に基づいてこの発明の実施の形態１について説明する。なお、各図面において、同一符号は同一あるいは相当部分を示す。
図１は、この発明の実施の形態１に係る減圧弁が実装された給湯器のシステム図である。また、図２は、この発明の実施の形態１に係る減圧弁の縦断面図である。
（構成について）
図１に示すように、給湯器１は、常温の水を給湯器１内と室外機２内に設けられた熱交換器（図示なし）にて熱交換することで温水に変え、台所や風呂場などに供給する装置である。減圧弁５は、給湯器１の配管８の一部として設けられ、水道局から供給される高圧水６の一次圧力を家庭用使用低圧水７の二次圧力に減圧するために設けられている。
【００１１】
一般的に減圧弁５は、一次圧力の水が通過する配管８と直結あるいは、その近くに接続される。そのような位置に減圧弁５を配置する理由は、二次圧力に減圧された水をタンク３や混合弁４に供給することで、減圧弁５以降の配管８やタンク３の耐圧基準を一次圧力と二次圧力の差圧分小さくすることができ、配管設計の簡素化と低コスト化が可能となるためである。
上述した配管構成より、減圧弁５に対しては、一次圧力での耐圧設計が必須であり、さらに減圧弁５以降のタンク３や混合弁４などの配管部品への水の供給が求められる。
【００１２】
図２は、この発明の実施の形態１に係る減圧弁の縦断面図である。減圧弁２０は、ボディ３０とばねカバー２１、下部蓋３４で外郭を構成されている。なお、ボディ３０およびばねカバー２１は、金属を機械加工により形成したものでもよいが、製造費用削減のため、射出成形法を用いて形成してもよい。射出成形法には、熱可塑性樹脂材料、特にポリフェニレンサルファイドにガラスファイバーを１０〜４０％添加したもの（以降、ＰＰＳ+ＧＦ１０〜４０％と称す）を使用してもよい。
図２に示すように、ボディ３０の両端部には、円筒形状の流入口３６と流出口３７が設けられ、流入口３６と流出口３７は同軸上に配置される。
【００１３】
また、ボディ３０には、弁機構部品の一部であり、流入口３６側の一次側水域と流出口３７側の二次側水域との境界部３９が円筒形状に設けられている。境界部３９は、樹脂で形成されている。また、ボディ３０には、境界部３９の円筒形状と同軸上に、弁機構部品の一部であり、一次側水域と二次側水域の圧力差に応じて上下方向４１に往復動するピス
トン２７と、一次側水域と二次側水域とを仕切るピストン用Ｏリング２９が挿入された円筒形状の摺動部４６が設けられている。
さらに、ボディ３０の上端部のばねカバー２１との嵌合部には、二次側水域と外部を切り分けるダイヤフラム２６を嵌め込み、ばねカバー２１とボディ３０にてダイヤフラム２６の外周を圧縮し、水密性を確保するための溝が円筒状に設けられている。
また、ボディ３０の下端部には、減圧弁２０の構成部品を組み立てる際に、上下方向４１からの組み立てを可能とするために円筒状の穴が設けられている。さらにまた、ボディ３０の下端部の穴には、二次側水域と外部を切り分けるために、下部蓋３４の挿入および下部蓋用Ｏリング３５での水密性を確保する構造となっている。
【００１４】
なお、ダイヤフラム２６は、弁機構部品の一部であり、減圧弁２０中を流体が流れる際に上下方向４１に往復動するため、二次側水域からの圧力に対する耐圧性と、繰り返しの動作に対する強度と、接触する流体に対する耐性を確保する必要がある。そのため、ダイヤフラム２６の材料には、ポリエステルなどの繊維を編みこんだ基布材料に耐塩素性と他部品との水密性を確保するためにゴム性の材料を用いる。そのゴム性の材料は、ＥＰＤＭ（エチレンプロピレンゴム）、ＦＫＭなどのフッ素系ゴムであってもよい。
ばねカバー２１は、弁機構部品の一部であるコイルばね２４と、ダイヤフラム２６が受ける感圧室３８での二次側水域での圧力をコイルばね２４に伝えるばね収納ケース２５と、二次側水域の圧力の上限（以降、設定圧と称す）をコイルばね２４の圧縮量を調整して決定する調整ねじ２２と、コイルばね２４と調整ねじ２２の力を双方に伝えるばね押さえ２３を収納する。
【００１５】
ばねカバー２１には、雌ねじが加工してあり、この雌ねじには雄ねじが施された調整ねじ２２が配置されている。なお、雄ねじ及び雌ねじは、調整精度を上げるために細目などの細かいピッチのねじ形状であってもよい。
減圧弁２０は、ばねカバー２１側からボディ３０にねじ締結することで固定され、さらに下部蓋３４側からボディ３０にねじ締結することで外郭が完成する構成となっている。
また、ピストン２７の上端側にダイヤフラム２６、ばね収納ケース２５の順にダイヤフラム２６を上部ねじ２８で共締めすることで、水密性を確保する。ピストン２７の下端側には、設定圧に達した時点で境界部３９の下端部と接し、一次側水域と二次側水域とを仕切るゴム性のディスク３１が挿入され、さらにディスク３１の下端部には、ディスク３１の圧縮時に形状変形方向を矯正するためのディスクカバー３２が下部ねじ３３によってピストン２７と共締めにより固定される構造となっている。
【００１６】
（減圧方法について）
減圧弁２０は、ボディ３０の境界部３９下端部である弁座４５と弁体であるディスク３１との隙間４４を小さくすることで減圧する。隙間４４は、コイルばね２４がピストン２７を開弁方向４２へ押す力と、一次側水域の圧力がピストン２７とディスク３１を開弁方向４２へ押す力と、二次側水域の圧力が感圧室３８でダイヤフラム２６を閉弁方向４３へ押す力と、二次側水域の圧力がディスクカバー３２を閉弁方向４３へ押す力の釣り合いにより決定する。
減圧弁２０は、給湯器１などの減圧機能が必要な装置の主に一次水圧の配管８との接続部の近傍に配置され、例えば水道の蛇口などの吐水装置（図示なし）が閉鎖され、減圧弁２０の二次側水域側の流路内の流体が停止している時は、減圧弁２０は閉弁している。
【００１７】
例えば水道の蛇口などの吐水装置（図示なし）が開放され、二次側水域側の流路内の流体がさらに二次側に位置する吐水装置側へ動くと、減圧弁２０の二次側水域の圧力が低下する。この結果、減圧弁２０は、設定圧により閉弁方向４３の押す力により閉弁していた状態から、二次側水域の圧力による閉弁方向４３の押す力が小さくなり、開弁方向４２の押す力の方が大きくなることで開弁し、一次側水域から二次側水域へ流体が流れ出す。
例えば水道の蛇口などの吐水装置（図示なし）が閉鎖されると、流体の流速は零に近づき、二次側水域の圧力が上昇すると、感圧室３８のダイヤフラム２６を閉弁方向４３へ押す力が増加し、弁機構は閉弁方向４３に動き、隙間４４が小さくなる。さらに、境界部３９および境界部３９付近の二次側水域を流体が通過する際の圧力損失が増加する。この結果、減圧弁２０の設定圧へと達し、閉弁方向４３へ押す力が開弁方向４２へ押す力よりも大きくなり減圧弁２０は閉弁する。
【００１８】
この発明の実施の形態１における減圧弁２０のように、一次側水域の流入口３６と二次側水域の流出口３７とが同軸上の位置にあり、一次側水域と二次側水域を境界部３９とディスク３１で仕切り、境界部３９とディスク３１の隙間４４をコイルばね２４と一次側水域と二次側水域の圧力差による力の釣り合いにより制御し減圧させる減圧弁構造では、境界部３９とディスク３１間の隙間４４を一次側水域から二次側水域へ流れる流体の流速が最も速く、それに伴いこの隙間４４で発生する圧力損失も最も大きい。
この発明の実施の形態１においては、上述した事象に着目し、減圧弁２０内の流速が速く減圧弁２０内の圧力損失の発生割合が多い境界部３９下方に位置する下部蓋３４の流路壁４０（流路形状）を二次側水域の流出口３７に沿って滑らかに半涙滴形状の流線形とすることで、減圧弁２０の開口時に二次側水域の流路内で発生する圧力損失を低減することができる。その結果、それに伴い流量を増やすことができる。
【００１９】
実施の形態２．
図３は、この発明の実施の形態２に係る減圧弁の縦断面図である。以下、図３を参照して、この発明の実施の形態２に係る減圧弁５０について説明する。
（構成について）
実施の形態２においては、実施の形態１の減圧弁２０のうち、ボディ３０、下部蓋３４、下部蓋３４の流路壁４０の形状が異なるのみであり、その他の構造は実施の形態１と同一である。そこで、実施の形態２では実施の形態１から変更されるボディ５１、下部蓋５２下部蓋５２の流路壁５３について図３を用いて説明する。なお、その他の構造については、実施の形態１と同様の符号を用いることで説明を割愛する。
【００２０】
図３に示すように、ボディ５１は、両端部に円筒形状の流入口３６と流出口３７が設けられ、流入口３６と流出口３７とは同軸上に配置される。また、ボディ５１には、弁機構部品の一部であり、流入口３６側の一次側水域と流出口３７側の二次側水域との境界部３９が円筒形状に設けられ、境界部３９の円筒形状と同軸上に弁機構部品の一部で一次側水域と二次側水域の圧力差に応じて上下方向４１に往復動するピストン２７と、一次側水域と二次側水域とを仕切るピストン用Ｏリング２９が挿入される円筒形状の摺動部４６が設けられている。境界部３９の下方には、減圧弁５０の構成部品を組み立てる際に上下方向４１からの組み立て可能とするために、円筒状の穴が設けられ、ボディ５１の下端部の穴には、二次側水域と外部を切り分けるため、下部蓋５２の挿入および下部蓋用Ｏリング３５での水密性を確保する構造となっている。
【００２１】
ピストン２７の下端部側には、設定圧に達した時点で境界部３９の下端部と接し、一次側水域と二次側水域を仕切るゴム性のディスク３１が挿入され、さらにディスク３１の下端部には、ディスク３１の圧縮時に形状変形方向を矯正するためのディスクカバー３２が下部ねじ３３によってピストン２７と共締めにより固定される構造となっている。
その他のボディ５１上部に組み付けられるばねカバー２１や弁機構部品類との組立性、水密構造については、実施の形態１と同様かあるいは同様の性能を満たす構造であるため説明を割愛する。
【００２２】
（減圧方法について）
減圧弁５０は、実施の形態１の減圧弁２０と同様に、ボディ５１の境界部３９下端部で
ある弁座４５と弁体であるディスク３１との隙間４４を小さくすることで減圧する。隙間４４は、実施の形態１におけるコイルばね２４がピストン２７を開弁方向４２へ押す力と、一次側水域の圧力がピストン２７とディスク３１を開弁方向４２へ押す力と、二次側水域の圧力が図２で示した感圧室３８でダイヤフラム２６を閉弁方向４３へ押す力と、二次側水域の圧力がディスクカバー３２を閉弁方向４３へ押す力の釣り合いにより決定する。
【００２３】
減圧弁５０は、給湯器１などの減圧機能が必要な装置の主に一次水圧の配管８との接続部の近傍に配置されている。例えば、水道の蛇口などの吐水装置（図示なし）が閉鎖され、減圧弁５０の二次側水域側の流路内の流体が停止している時は、減圧弁５０は閉弁している。例えば、水道の蛇口などの吐水装置（図示なし）が開放され、二次側水域側の流路内の流体がさらに二次側に位置する吐水装置側へ動くと、減圧弁５０の二次側水域の圧力が低下する。この結果、減圧弁５０は設定圧により閉弁方向４３の押す力により閉弁していた状態から、二次側水域の圧力による閉弁方向４３の押す力が小さくなり、開弁方向４２の押す力の方が大きくなることで開弁し、一次側水域から二次側水域へ流体が流れ出す。
【００２４】
例えば水道の蛇口などの吐水装置（図示なし）が閉鎖されると、流体の流速は零に近づき、二次側水域の圧力が上昇すると、感圧室３８のダイヤフラム２６を閉弁方向４３へ押す力が増加し、弁機構は閉弁方向４３に動き、隙間４４が小さくなる。さらに、境界部３９および境界部３９付近の二次側水域を流体が通過する際の圧力損失が増加する。この結果、減圧弁５０の設定圧へと達し、閉弁方向４３へ押す力が開弁方向４２へ押す力よりも大きくなり減圧弁５０は閉弁する。
【００２５】
この発明の実施の形態２における減圧弁５０においては、実施の形態１の減圧弁２０と同様に一次側水域から二次側水域へ流体が流れる際に発生する圧力損失を小さくするために、ディスク３１およびディスクカバー３２の下方に設けられた下部蓋５２を実施の形態１の下部蓋３４と同様に下部蓋５２の流路壁５３（流路形状）を二次側水域である流出口３７に沿って滑らかに半涙滴形状の流線形としている。さらに、実施の形態２においては、下部蓋５２の流路側の内面である流路壁５３に微細な凹み５４を半円弧状に複数個配置したディンプル構造を設けることで、二次側水域の境界部３９周辺で発生する圧力損失の原因となる渦を微細化し、渦の発生位置を流速の早い境界部３９周辺から減圧弁５０流路内の比較的流速の遅い領域である二次側水域である流出口３７付近へ移動させることができる。その結果、減圧弁５０内で発生する圧力損失を低減することができ、それに伴い流量を増やすことができる。
【００２６】
なお、ディンプル構造の微細な凹み形状と配置する位置は、流体の粘性やその流れ場における流体の速さに応じて、凹み５４の深さや大きさ、凹みの配置間隔、配置数は異なる。これらは、減圧弁５０内の流れ場や減圧弁５０の設定圧、減圧弁５０の二次側以降に配置される吐出装置から排出される流体量により異なる。そのため、減圧弁５０が使用される環境に応じた設計をする必要がある。
なお、この発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００２７】
１  給湯器、２  室外機、３  タンク、４  混合弁、５  減圧弁、６  水道局から供給される高圧水、７  家庭用使用低圧水、８  配管、２０  減圧弁、２１  ばねカバー、２２  調整ねじ、２３  ばね押さえ、２４  コイルばね、２５  ばね収納ケース、２６  ダイヤフラム、２７  ピストン、２８  上部ねじ、２９  ピストン用Ｏリング、３０  ボディ、３１  ディスク、３２  ディスクカバー、３３  下部ねじ、３４  下部蓋、３５  下部蓋用Ｏリング、３６  流入口、３７  流出口、３８  感圧室、３９  境界部、４０  流路壁、４１  上下方向、４２  開弁方向、４３  閉弁方向、４４  隙間、４５  弁座、４６  摺動部、５０  減圧弁、５１  ボディ、５２  下部蓋、５３  流路壁、５４  凹み
【図１】
2018180704.tif 000003
【図２】
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【図３】
2018180704.tif 000005