JPH08509535A - ソレノイド弁用制御回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 第１の電圧（Ｖ１）によって開き、第１の電圧（Ｖ１）より低い第２の電圧（Ｖ２）によって開位置に維持される、浄水システム用のソレノイド弁（１０）。ソレノイド弁（１０）は、開位置と閉位置の間を動くことができる弁（１２）と、コイル（１４）に電圧（Ｖ１）が供給されるとき弁（１２）を開位置に動かし、コイル（１４）に第２の電圧（Ｖ２）が供給されるとき弁（１２）を開位置に維持する、コイル（１４）とを含む。コイル（１４）は制御回路（１８）に結合され、制御回路（１８）は、弁を開こうとするときまずコイル（１４）に第１の電圧（Ｖ１）を供給し、次いで弁（１２）が開位置にきた後に第１の電圧（Ｖ１）を第２の電圧（Ｖ２）まで低下させる。

Description

【発明の詳細な説明】 ソレノイド弁用制御回路 発明の背景 １．発明の分野 本発明は、浄水システム用のソレノイド弁に関する。 ２．関連技術の説明 浄水システムは一般に、汚水を濾過装置に給送するポンプを備えている。フィ ルタは、水中の不純物を除去する逆浸透膜を含むことができる。水はタンクに貯 蔵され、その後最終使用者によって取られる。浄水システムの大きさは、大型の 産業用装置から、家庭の流しの下に設置できるシステムにまで及ぶ。 住宅用浄水装置は一般にポンプと都市の水源との間の水の流れを制御する弁を 有する。浄水装置の自動化を進めるため、弁は制御装置によって制御されるソレ ノイドを備えている。制御装置がソレノイドに電力を供給すると、弁は開位置に 動く。大部分のソレノイド操作弁では、弁を閉位置から開位置に動かすのに比較 的大量の電流を要する。大電流が通常必要なのは、弁にかかる流体背圧に打ち勝 つためである。弁が一旦開いた後は、ソレノイドは弁を開くのに必要な初期大電 流を必要としない。弁に過大な電力を連続して供給すると、ソレノイドが過熱し 、不必要な電力を引き込む可能性がある。その熱によってソレノイドが故障し、 弁ユニットの寿命と信頼性が低下する可能性がある。さらに、電力の過剰使用に より、弁の動作コストが高くなる。 弁の制御回路は一般に、ポンプのモータに電力を供給する変圧器と同じ変圧器 から電力を供給される。ポンプがオンになるとき、モータはポンプ装置の増大す る速度と相関して徐々に増大する電流を必要とする。通常の浄水システムでは、 ソレノイド弁とポンプ装置は同時に作動して、水道水を濾過装置に給送する。変 圧器は、ソレノイド弁の定電流要件とポンプ・モータの傾斜電流要件に対応する ため、ポンプ動作サイクルの初期状態の間増大する電力を引き出さなければなら ない。したがって、変圧器は両方の装置の電流要件に対応できるように構築しな ければならない。弁を開くために初期大電流のみを必要とし、その後は、弁を開 位置に維持するためにより少量の電流を引き出すようにしたソレノイド弁があれ ば望ましい。また、ポンプ・モータの増大する負荷要件と合致する減少する電流 負荷要件を有し、変圧器から供給される電力がシステムのポンプ動作サイクルの 間ほぼ一定値となるようなソレノイド弁があれば望ましい。 発明の概要 本発明は浄水システム用のソレノイド弁である。このソレノイド弁は、開位置 と閉位置の間を動くことのできる流体弁と、第１の電圧がコイルに供給されると き弁を開位置に動かし、第２の電圧がコイルに供給されるとき弁を開位置に維持 するコイルを含む。コイルは制御回路に結合され、制御回路は、弁を開こうとす るときまずコイルに第１の電圧を供給し、その後弁が開位置にきた後で第１の電 圧を第２の電圧まで低下させる。 弁制御回路は、変圧器と貯水タンク内の水位センサとに結合されたタンク制御 回路に接続することができる。貯水タンクは逆浸透膜に連結され、この逆浸透膜 が、ポンプ装置によってシステム中に給送される水を浄化する。タンク制御回路 は、タンク中の水位が第１の水位に達したとき変圧器からの電力をポンプとソレ ノイド弁とに供給し、タンク中の水位が第２の水位に上昇したときポンプと弁へ の電力を打ち切るように構築されている。タンク制御回路は、タンクの第１の水 位と第２の水位の周りでの電カスイッチの発振を防止するラッチ方式を含んでい る。 ソレノイド弁は徐々に減少する電流負荷を有し、この負荷は、変圧器がシステ ムのポンプ動作サイクル中に供給する電力がほぼ一定のレベルになるように、ポ ンプ装置の徐々に増大する電流負荷と合致することが好ましい。 したがって、本発明の一目的は、最初第１の電圧で開き、それより低い第２の 電圧で開位置に維持されるソレノイド弁を提供することである。 本発明の他の目的は、ポンプ動作サイクル中ほぼ一定レベルの電力を引き出す 浄水システムを提供することである。 本発明の他の目的は、エネルギー効率が高く、大量の熱を放散しない、ソレノ イド弁を提供することである。 図面の簡単な説明 本発明の目的および利点は、以下の詳細な説明と添付の図面を参照すれば当業 者にはより容易に明らかになるであろう。 第１図は、本発明のソレノイド弁の概略図である。 第２図は、弁制御装置の出力電圧を時間の関数として示したグラフである。 第３図は、浄水システムにおける第１図のソレノイド弁の概略図である。 第４図は、第３図の浄水システムのポンプ・モータとソレノイド弁の電流負荷 要件を示すグラフである。 第５図は、第２図のタンク制御回路の概略図である。 第６図は、ソレノイド弁用ハウジングの側面図である。 発明の詳細な説明 図面をより具体的に参照番号によって参照すると、第１図は本発明のソレノイ ド弁１０用の回路を示したものである。ソレノイド弁１０は一般にコイル１４に 結合された流体弁１２を有する。弁１２は、開位置と閉位置の間を動くように適 合されている。この弁は、コイル１４に電圧がかかったとき閉位置から開位置に 動く。ソレノイド弁は、弁を閉位置にバイアスさせるばねを含むこともできる。 コイル１４は、コイル１４に供給される電力を制御する弁制御回路１８の出力 ピン１６に接続される。制御回路１８は、一般に交流電力源に接続された一対の 入力ピン２０をも有する。この交流電力は整流器２２によって直流電力に整流さ れる。 制御回路１８はｐｎｐトランジスタ２４を有し、このトランジスタ２４のエミ ッタＥ１は電源線２６に接続され、コレクタＣ１はコイル１４に接続されている 。エミッタＥ１は抵抗Ｒ１と並列である。コレクタＣ１は抵抗Ｒ２に接続されて いる。抵抗Ｒ１とＲ２は共にトランジスタ２４のベースＢ１に接続されている。 トランジスタ２４はまた抵抗Ｒ３およびＲ４と並列であり、これらの抵抗は共に 電源線２６とコイル１４に接続されている。 制御回路１８は、整流器２２と並列な第１のコンデンサＣ１を有する。この制 御回路はまた、第２のコンデンサＣ２をも有し、これはトランジスタ２４のベー スＢ１に接続されている。第２のコンデンサＣ２と電源線２６の間にダイオード Ｄ１がある。 動作に際して、交流電圧源が制御回路１８に電源電圧Ｖｒを供給する。電源か らの電流はまずｐｎｐトランジスタ２４中を流れ、トランジスタ２４はその飽和 点で動作している。トランジスタを通る電流は、コイル１４に整流済み電源電圧 Ｖｒとほぼ等しい第１の電圧Ｖ１を提供する。コイル１４に第１の電圧Ｖ１がか かると、流体弁１２が開位置に動く。第１の電圧Ｖ１は一般に弁１２にかかるど んな抵抗力にも打ち勝つのに十分な大きさである。例えば、コイル１４のトルク は一般に流体弁１２にかかる流体背圧より大きい。コイルに電力が印加されると き、第２のコンデンサＣ２へ電流を流し充電する。第２のコンデンサＣ２への電 流の流れが、バイアス電流Ｂ１をトランジスタの遷移レベル以下に維持し、第２ のコンデンサＣ２の充電中ｐｎｐトランジスタがオンのままとなるようにする。 第２図に示すように、第２のコンデンサＣ２が充電されるにつれて、多くの電 流がベースに流れ込み、トランジスタ２４を通ってコイル１４に流れ込む電流が 減少する。第２のコンデンサＣ２が完全に充電されると、コンデンサＣ２は整流 器２２から供給される直流電力に対して開路となる。コンデンサＣ２が完全充電 状態に達すると、ベースＢ１の電流がトランジスタをオフにするレベルに達する 。その後、整流済みの電源電圧Ｖｒが抵抗Ｒ３とＲ４の両端間に印加される。抵 抗Ｒ３とＲ４はコイル１４にかかる電圧を第２の電圧レベルＶ２まで低下させる 。この第２の電圧Ｖ２は、流体弁１２を開位置に維持するのに十分な大きさであ る。 第３図に示すように、ソレノイド弁１０は浄水システムで使用することができ る。浄水システムはポンプ３０を有し、このポンプは、外部水源から逆浸透膜３ ２を通して水を給送する。浄化された水は一般に貯水タンク３４に貯蔵される。 貯水タンク３４はセンサ・システム３６を含み、このセンサ・システムは、貯水 タンク３４内の水が第１の所定水位および第２の所定水位に達したときそれを感 知する。センサ・システム３５は、浮遊接点、圧力トランジューサまたはタンク 内の水位を感知する他の手段を含むことができる。 タンク・センサ３６はタンク制御回路３８に接続されている。タンク制御回路 ３８は、変圧器４０と、ポンプ３０を駆動するモータ４２とに接続されている。 タンク制御回路３８は変圧器４０とソレノイド弁１０とモータ４２の間のスイッ チとして働く。制御回路３８は、タンクの水が第１の水位にあるときモータ４２ と弁１０に電力が供給され、タンクの水位が第２の水位にあるときはモータ４２ と弁１０に電力が供給されないように構築されている。 動作に際しては、タンク制御回路３８がソレノイド弁１０とモータ４２に電力 を供給して、弁１０を開かせポンプ３０を駆動させる。貯水タンク中の水が第２ の所定水位に達するまで、膜を通して水が給送される。その後、タンク制御回路 ３８はモータ４２およびソレノイド弁１０の電力を切り換え、それによって流体 弁１２が閉じポンプ３０が停止する。 第４図に示すように、弁１０制御回路３８のコンデンサおよび抵抗は、一般に 、ソレノイド弁１０の減少電力要件がポンプ３０の増加電流要件に対応するよう に選定する。この整合的電流要件により、システムの水給送サイクル中に変圧器 を通して比較的一定した電力を引き出す浄水システムが得られる。 第５図は、タンク制御回路３８の好ましい実施例を示したものである。制御回 路３８の出力ピンＰ０１とＰ０２はソレノイド弁１０およびモータ４２に接続さ れ、電力入力ピンＰＩ１とＰＩ２は変圧器４０の出力端に接続されている。制御 回路３８はセンサ・ピンＳ１とＳｈをも有し、これらのピンは貯水タンク３４の センサ・システム３６に接続されている。 制御回路３８はｎｐｎトランジスタ５０を含み、このトランジスタのエミッタ Ｅ２は抵抗Ｒ１１を介して変圧器出力の電源線に接続され、コレクタＣ２はダイ オードＤ３と抵抗Ｒ１２を介してトライアック５２のゲートに結合され、ベース Ｂ２は抵抗Ｒ１３とダイオードＤ２を介して電源線に接続され、かつ抵抗Ｒ１４ とＲ１５を介してトライアック５２の第１ノードに結合されている。制御回路３ ８には、トライアック５２のゲートに結合されたコンデンサＣ３も含まれる。 操作に際しては、貯水タンク内の水位が第１の水位まで低下したとき、感知ピ ンＳ１が変圧器に結合されて、抵抗Ｒ１３中をバイアス電流が流れるようになる 。このバイアス電流によってトランジスタが切り換わり、電源線からの電流がト ランジスタを横切ってトライアックのゲートに流れ込むようになる。このトライ アックには、電流がトランジスタ５０中を通ってモータ４２およびソレノイド弁 １０に流れ込むようにバイアスがかかる。交流電力の負の半サイクルの間、コン デンサがトライアックにエネルギーを供給する。 トライアックからの電流はまたベースＢ２にも逆流し、そのため感知ピンＳ１ が変圧器から切り離されて抵抗Ｒ１３中を電流が流れなくなったときでもトラン ジスタにバイアス電流が維持される。このラッチ方式により、水位が第１の所定 水位より高くなったときでもポンプ３０は給送を続けることができる。このシス テムは、第１の水位の周りでの電力の発振を防止する。 貯水タンク内の水位が第２の水位に達するまで、モータ４２および弁１０に電 力が供給され、第２の水位に達した時点で感知ピンＳｈが接地される。トライア ックの出力も接地され、それによってバイアス電流が排出され、トランジスタが オフになる。トランジスタがオフになるとトライアックへのバイアス電流が除去 され、それによってトライアックがオフになり、モータ４２およびソレノイドへ の電力が打ち切られる。 第６図は、ハウジング６０に格納されたソレノイド弁１０の好ましい実施例を 示したものである。ハウジング６０は、第１の区画６２と第２の区画６４を有す る。第１の区画６２には一般に弁１０と装置のコイルが入っている。第２の区画 ６４には一般に弁１０の制御回路３８が入っている。ハウジングには通路６６が あり、これによって第１の区画中のコイルを第２の区画６４中の制御回路３８に 接続することができる。この２つの区画はエア・チャネル６８で分離され、この エア・チャネルは一般に区画間の熱伝達が主として伝導によるような幅のもので ある。このエア・ギャップは、区画間の絶縁バリアとなり、コイルの熱放散が制 御回路３８に伝達されなくなる。 このようにして、浄水システムのポンプ３０中への水の流れを制御して、浄水 サイクル中にシステムによって引き出される電力を比較的一定にするために使用 できる、エネルギー効率のよいソレノイド弁１０が提供される。 以上、いくつかの例示的実施例について説明し添付の図面に示したが、当然の ことながらこれらの実施例は例示的なものにすぎず、広義の発明に制限を加える ものではない。また、本発明は、図示し説明した具体的な構造および配置に限定 されるものではなく、当業者なら他の様々な変形例を思いつくであろう。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．開位置と閉位置の間を動く弁と、 第１の電圧が加えられると前記弁を前記閉位置から前記開位置に動かし、前記 第１の電圧より小さい第２の電圧が加えられて前記弁を前記開位置に維持するコ イル手段と、 前記コイル手段に前記第１の電圧を先に加え、引き続いて前記第２の電圧を加 える回路手段と を備えるソレノイド弁。 ２．前記回路手段が、 前記コイル手段に前記第１の電圧を供給する電圧源手段と、 前記電源電圧を前記第２の電圧にまで低下させる電圧低下手段と、 前記コイル手段に前記第１の電圧が所定の時間間隔で印加された後に、前記電 圧低下手段を前記電圧電源手段に結合するスイッチ手段とを含むことを特徴とす る 請求の範囲第１項に記載のソレノイド弁。 ３．前記スイッチ手段が、前記電圧低下手段に動作可能に結合されたトランジス タと、前記電圧源手段および前記トランジスタのベースに接続されたコンデンサ とを含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載のソレノイド弁。 ４．前記電圧源手段が直流電源電圧を供給することを特徴とする請求の範囲第３ 項に記載のソレノイド弁。 ５．エア・チャネルによって第２の区画から実質的に分離された第１の区画を有 するハウジングをさらに備え、前記第１の区画が前記弁および前記コイル手段を 有し、前記第２の区画が前記回路手段を有することを特徴とする請求の範囲第１ 項に記載のソレノイド弁。 ６．前記回路手段が、 直流電圧源と、 ベースと前記電圧源に接続されたエミッタと前記コイル手段に接続されたコレ クタとを有するｐｎｐトランジスタと、 前記トランジスタと並列に前記電圧源および前記コイル手段に接続された抵抗 回路と、 前記電圧源および前記トランジスタの前記ベースに接続されたコンデンサとを 含むことを特徴とする請求の範囲第２項に記載のソレノイド弁。 ７．逆浸透膜と、 前記逆浸透膜に接続されたポンプと、 前記ポンプおよび水源に接続され、ソレノイド弁に第１の電圧が供給されると き弁を閉位置から開位置に動かし、ソレノイド弁に前記第１の電圧より小さい第 ２の電圧が供給されるとき前記弁を前記開位置に維持するように適合されたソレ ノイド弁と、 まず前記コイル手段に前記第１の電圧を加え、その後に前記第２の電圧を加え る弁回路手段と を備える水源に結合された浄水システム。 ８．前記ポンプに動作可能に接続されたモータと、前記モータおよび前記弁回路 手段に変圧器電圧を供給する変圧器とをさらに備える請求の範囲第７項に記載の システム。 ９．前記逆浸透膜に接続された貯水タンクと、前記貯水タンク内の水が第１の所 定水位および第２の所定水位に達したときそれを感知するセンサ手段とをさらに 備える請求の範囲第７項に記載のシステム。 １０．前記貯水タンク内の水が前記第１の所定水位に達したとき前記ソレノイド 弁に電源電圧を供給し、前記貯水タンク内の水が前記第２の所定水位に達したと き前記電源電圧を打ち切るタンク回路手段をさらに備える請求の範囲第９項に記 載のシステム。 １１．前記タンク回路手段が、水が前記第１の所定水位に達したとき前記第２の 所定水位に達するまで前記電源電圧を供給し、前記第２の所定水位に達したとき 水位が前記第１の所定水位に低下するまで前記電源電圧を打ち切るラッチ手段を 含むことを特徴とする請求の範囲第１０項に記載のシステム。 １２．前記回路手段が、 前記コイル手段に前記第１の電圧を供給する電圧源手段と、 前記電源電圧を前記第２の電圧にまで低下させる電圧低下手段と、 前記コイル手段に前記第１の電圧が所定の時間間隔で印加された後に、前記電 圧低下手段を前記電圧源手段に結合するスイッチ手段とを含むことを特徴とする 請求の範囲第７項に記載のソレノイド弁。 １３．前記タンク回路手段が、 前記貯水タンク内の水が前記第１の所定水位にあるとき前記タンク回路手段に 結合される第１レベル接点と、 前記貯水タンク内の水が前記第２の所定水位にあるとき前記タンク回路手段に 結合される第２レベル接点と、 変圧器電力線および前記第１レベル接点と第２レベル接点に結合されたベース と、前記変圧器電力線およびアースに接続されたエミッタと、コレクタとを有す るトランジスタと、 前記変圧器電力線に接続された第１ノードと、前記弁回路手段および前記モー タに接続された第２ノードとを有し、さらに前記トランジスタの前記コレクタに 接続されたゲートを有するトライアックとを含むことを特徴とする請求の範囲第 １０項に記載のシステム。 １４．前記スイッチ手段が、前記電圧低下手段に動作可能に結合されたトランジ スタと、前記電圧源手段および前記トランジスタのベースに接続されたコンデン サとを含むことを特徴とする請求の範囲第１３項に記載のソレノイド弁。 １５．前記電圧源手段が直流電源電圧を供給することを特徴とする請求の範囲第 １４項に記載のソレノイド弁。 １６．エア・チャネルによって第２の区画から実質的に分離された第１の区画を 有するハウジングをさらに備え、前記第１の区画が前記弁および前記コイル手段 を有し、前記第２の区画が前記回路手段を有することを特徴とする請求の範囲第 ７項に記載のソレノイド弁。 １７．前記回路手段が、 直流電圧源と、 ベースと前記電圧源に接続されたエミッタと前記コイル手段に接続されたコレ クタとを有するｐｎｐトランジスタと、 前記トランジスタと並列に前記電圧源および前記コイル手段に接続された抵抗 回路と、 前記電圧源および前記トランジスタの前記ベースに接続されたコンデンサとを 含むことを特徴とする、請求の範囲第１３項に記載のソレノイド弁。 １８．貯水タンクと、 前記貯水タンクに動作可能に接続され、前記貯水タンク内の水が第１の所定水 位および第２の所定水位に達したときそれを感知するセンサ手段と、 前記貯水タンクに接続された逆浸透膜と、 前記逆浸透膜に接続されたポンプと、 前記ポンプに動作可能に接続されたモータと、 前記モータに接続された変圧器と、 前記ポンプおよび水源に接続され、ソレノイド弁に第１の電圧が供給されると き弁を閉位置から開位置に動かし、ソレノイド弁に前記第１の電圧よりも小さい 第２の電圧が供給されるとき前記弁を前記開位置に維持するソレノイド弁と、 まず前記コイル手段に前記第１の電圧を印加し、その後で前記第２の電圧を印 加する弁回路手段と、 前記貯水タンク内の水が前記第１の所定水位に達したとき前記モータおよび前 記弁回路手段に電源電圧を供給し、前記貯水タンク内の水が前記第２の所定水位 に達したとき前記電源電圧を打ち切るタンク回路手段とを備える、 水源に結合された浄水システム。 １９．前記回路手段が、 前記コイル手段に前記第１の電圧を供給する電圧源手段と、 前記電源電圧を前記第２の電圧にまで低下させる電圧低下手段と、 前記コイル手段に前記第１の電圧が所定の時間間隔で印加された後に、前記電 圧低下手段を前記電圧源手段に結合するスイッチ手段とを含むことを特徴とする 、 請求の範囲第１８項に記載のソレノイド弁。 ２０．前記回路手段が、 直流電圧源と、 ベースと前記電圧源に接続されたエミッタと前記コイル手段に接続されたコレ クタとを有するｐｎｐトランジスタと、 前記トランジスタと並列に前記電圧源および前記コイル手段に接続された抵抗 回路と、 前記電圧源および前記トランジスタの前記ベースに接続されたコンデンサとを 含むことを特徴とする請求の範囲第１９項に記載のソレノイド弁。 ２１．前記タンク回路手段が、 前記貯水タンク内の水が前記第１の所定水位にあるとき前記タンク回路手段に 結合される第１レベル接点と、 前記貯水タンク内の水が前記第２の所定水位にあるとき前記タンク回路手段に 結合される第２レベル接点と、 変圧器電力線および前記第１レベル接点と第２レベル接点に結合されたベース と、前記変圧器電力線およびアースに接続されたエミッタと、コレクタとを有す るトランジスタと、 前記変圧器電力線に接続された第１ノードと、前記弁回路手段および前記モー タに接続された第２ノードとを有し、さらに前記トランジスタの前記コレクタに 接続されたゲートを有するトライアックとを含むことを特徴とする請求の範囲第 ２０項に記載のシステム。 ２２．エア・チャネルで第２の区画から実質的に分離された第１の区画を有する ハウジングと、 前記第１区画内のソレノイド弁と、 前記第２区画内の、前記ソレノイド弁を制御する回路手段と を備えるソレノイド弁。