(57)【要約】      （修正有）【課題】水量調節弁を十分に開いた状態でも、十分な通水量が得られなくなる程に給水圧が低い場合の実質的なバイパス比の低下を、水量調節弁とは別のバイパス弁を用いずに防止できるようにする。【解決手段】バーナ１で加熱される熱交換器２の上流側の給水路３と下流側の給湯路４とを接続するバイパス路５と、熱交換器とバイパス路とへの合計通水量を可変する電動式の水量調節弁６とを備える給湯器において、水量調節弁６のモータ６２で駆動される弁軸６３に、熱交換器２とバイパス路５とへの合計通水量を可変する主弁体６４だけでなく、バイパス路５との連通開度を可変する副弁体６５を連結する。副弁体６５は、主弁体６４が所定の中間開き位置よりも開き側に移動するときにバイパス路５との連通開度を増加するように構成される。【選択図】図１
2014156980.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナで加熱される熱交換器の上流側の給水路と下流側の給湯路とを熱交換器と並列に接続するバイパス路と、熱交換器とバイパス路とへの合計通水量を可変する電動式の水量調節弁とを備える給湯器において、
水量調節弁の弁筐は、給水路のバイパス路分岐部よりも上流部分又は給湯路のバイパス路合流部よりも下流部分に接続される第１ポートと、給水路のバイパス路分岐部よりも下流部分又は給湯路のバイパス路合流部よりも上流部分に接続される第２ポートと、バイパス路に接続される第３ポートと、第１ポートに連通する第１弁室と、第２ポート及び第３ポートに連通し、給水路のバイパス路分岐部又は給湯路のバイパス路合流部を構成する第２弁室とを有し、
水量調節弁は、モータで駆動される弁軸と、弁軸に連結され第１弁室に対する第２弁室の連通開度を可変する主弁体と、弁軸に連結され第２弁室に対する第３ポートの連通開度を可変する副弁体とを備え、
副弁体は、主弁体が所定の中間開き位置よりも閉じ側に存するときは第２弁室に対する第３ポートの連通開度を一定に維持し、主弁体が中間開き位置よりも開き側に移動するときに第２弁室に対する第３ポートの連通開度を増加するように構成されることを特徴とする給湯器。
【請求項２】
前記熱交換器と前記バイパス路とへの合計通水量を検出する検出手段を備え、前記モータの回転情報に基づいて算出される前記主弁体の位置から得られる前記第１弁室に対する前記第２弁室の連通開度と検出手段の検出水量との相関関係に基づいて、給水圧が所定の基準圧に比し高いか低いかを判別し、低いと判別されたときに、主弁体が中間開き位置よりも開き側に移動するように前記弁軸を駆動することを特徴とする請求項１記載の給湯器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、バーナで加熱される熱交換器の上流側の給水路と下流側の給湯路とを熱交換器と並列に接続するバイパス路を備える給湯器に関する。
【背景技術】
【０００２】
給湯器では、熱交換器からの出湯温度が低いと、バーナの燃焼排気中の水蒸気が熱交換器で凝縮してドレンが発生する。バイパス路を設ければ、熱交換器からの出湯温度が給湯設定温度より高くても、熱交換器から出湯される温水にバイパス路からの水が混合されて、バイパス路合流部よりも下流の給湯路の部分に給湯設定温度の温水を供給できる。そのため、給湯設定温度が低くてもドレンの発生を防止できる。
【０００３】
ここで、給湯器では、一般的に、給水路のバイパス路分岐部よりも上流部分又は給湯路のバイパス路合流部より下流部分に、熱交換器とバイパス路とへの合計通水量を可変する電動式の水量調節弁を介設し、バーナの燃焼量を最大にしても給湯温度が設定温度に達しない場合には、合計通水量を減少させる制御を行うようにしている。
【０００４】
また、従来、水量調節弁とは別に、熱交換器への通水量とバイパス路への通水量との比を調節するバイパス弁を設けたものも知られている（例えば、特許文献１参照）。然し、バイパス弁を設けたのでは、コストが高くなるため、バイパス弁を設けない固定バイパス方式の給湯器も従来広く用いられている（例えば、特許文献２参照）。
【０００５】
ところで、固定バイパス方式では、理論上はバイパス比（バイパス路への通水量／熱交換器への通水量）がバイパス路の配管径に応じた所定値になるはずであるが、水量調節弁を十分に開いた状態でも十分な通水量が得られなくなる程に給水圧が低いと、実質的なバイパス比が所定値より小さくなる。そのため、給水圧がこのように低い場合には、熱交換器からの出湯温度と給湯設定温度との差が比較的小さくなり、給湯設定温度が低くなるとドレンを生じやすくなってしまう。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００３−１９４４０４号公報
【特許文献２】特開平１１−２９４７６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、以上の点に鑑み、給水圧が低い場合の実質的なバイパス比の低下を水量調節弁とは別のバイパス弁を用いずに防止できるようにした給湯器を提供することをその課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明は、バーナで加熱される熱交換器の上流側の給水路と下流側の給湯路とを熱交換器と並列に接続するバイパス路と、熱交換器とバイパス路とへの合計通水量を可変する電動式の水量調節弁とを備える給湯器において、水量調節弁の弁筐は、給水路のバイパス路分岐部よりも上流部分又は給湯路のバイパス路合流部よりも下流部分に接続される第１ポートと、給水路のバイパス路分岐部よりも下流部分又は給湯路のバイパス路合流部よりも上流部分に接続される第２ポートと、バイパス路に接続される第３ポートと、第１ポートに連通する第１弁室と、第２ポート及び第３ポートに連通し、給水路のバイパス路分岐部又は給湯路のバイパス路合流部を構成する第２弁室とを有し、水量調節弁は、モータで駆動される弁軸と、弁軸に連結され第１弁室に対する第２弁室の連通開度を可変する主弁体と、弁軸に連結され第２弁室に対する第３ポートの連通開度を可変する副弁体とを備え、副弁体は、主弁体が所定の中間開き位置よりも閉じ側に存するときは第２弁室に対する第３ポートの連通開度を一定に維持し、主弁体が中間開き位置よりも開き側に移動するときに第２弁室に対する第３ポートの連通開度を増加するように構成されることを特徴とする。
【０００９】
ここで、第２弁室に対する第３ポートの連通開度を増加させると、バイパス路への通水量が増加する。そして、本発明によれば、給水圧が低い場合に、水量調節弁の主弁体が中間開き位置よりも開き側に移動するように弁軸を駆動することで、給水圧低下による合計通水量の減少をある程度補償できると共に、副弁体により第２弁室に対する第３ポートの連通開度を増加させて、実質的なバイパス比の低下を防止できる。更に、水量調節弁に副弁体を付加するだけであるため、水量調節弁と別のバイパス弁を設けるものに比しコストダウンを図ることもできる。
【００１０】
また、本発明においては、熱交換器とバイパス路とへの合計通水量を検出する検出手段を備え、モータの回転情報に基づいて算出される主弁体の位置から得られる第１弁室に対する第２弁室の連通開度と検出手段の検出水量との相関関係に基づいて、給水圧が所定の基準圧に比し高いか低いかを判別し、低いと判別されたときに、主弁体が中間開き位置よりも開き側に移動するように弁軸を駆動することが望ましい。これによれば、給水圧が低い場合に自動的に第２弁室に対する第３ポートの連通開度を増加させることができると共に、給水圧を検出する特別のセンサも不要になり、有利である。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の第１実施形態の給湯器の配管回路を付記した水量調節弁の断面図。
【図２】図１の水量調節弁の副弁体の斜視図。
【図３】本発明の第２実施形態の給湯器の配管回路を付記した水量調節弁の断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
図１に示す本発明の実施形態の給湯器は、バーナ１と、バーナ１で加熱される熱交換器２とを備えている。更に、熱交換器２の上流側の給水路３と下流側の給湯路４とを熱交換器２と並列に接続するバイパス路５と、熱交換器２とバイパス路５とへの合計通水量を可変する電動式の水量調節弁６とを備えている。
【００１３】
水量調節弁６の弁筐６１は、給水路３のバイパス路５分岐部よりも上流部分３ａに接続される第１ポート６１１と、給水路３のバイパス路５分岐部よりも下流部分３ｂに接続される第２ポート６１２と、バイパス路５に接続される第３ポート６１３と、第１ポート６１１に連通する第１弁室６１ａと、第２ポート６１２及び第３ポート６１３に連通し、給水路３のバイパス路５分岐部を構成する第２弁室６１ｂとを有している。
【００１４】
尚、第１弁室６１ａの第２弁室６１ｂ側の端面は、第２弁室６１ｂに連通する開口を形成した弁座６１ｃになっている。また、第２弁室６１ｂは、第２ポート６１２と同心の円柱状に形成されている。そして、第２弁室６１ｂの周面の一部に、第３ポート６１３に連通する弁孔６１ｄが開設されている。
【００１５】
水量調節弁６は、ステッピングモータ等のモータ６２で駆動される弁軸６３と、弁軸６３に連結され第１弁室６１ａに対する第２弁室６１ｂの連通開度を可変する主弁体６４と、弁軸６３に連結され第２弁室６１ｂに対する第３ポート６１３の連通開度を可変する副弁体６５とを備えている。
【００１６】
弁軸６３は、第１弁室６１ａの外端部に嵌合する弁筐６１に固定のガイド部材６１４に摺動自在に挿通されている。弁軸６３の軸方向外端部の外周には、スプライン６３ａが形成されており、モータ６２で回転駆動されるスプラインスリーブ６２ａをスプライン６３ａに外嵌させて、弁軸６３がモータ６２により正逆転されるようにしている。また、弁軸６３に、スプライン６３ａに隣接する雄ねじ６３ｂを形成して、この雄ねじ６３ｂをガイド部材６１４の外端部内周に形成した雌ねじ６１４ａに螺合させ、弁軸６３がその１回転で所定の開閉ストローク分だけ軸方向に進退されるようにしている。
【００１７】
弁軸６３の軸方向内端部には、副弁体６５が止輪６３ｃにより抜け止めした状態で連結されており、更に、弁軸６３に主弁体６４をばね６４ａで副弁体６５側に付勢した状態で外挿している。主弁体６４は、第１弁室６１ａ内で弁軸６３の進退に伴い弁座６１ｃに向けて進退する。そして、主弁体６４が弁座６１ｃに接近する閉じ側に移動することで、第１弁室６１ａに対する第２弁室６１ｂの連通開度が次第に減少し、これとは逆に、主弁体６４が弁座６１ｃから遠ざかる開き側に移動することで、第１弁室６１ａに対する第２弁室６１ｂの連通開度が次第に増加する。
【００１８】
副弁体６５は、弁軸６３と一体に回転及び進退するもので、第２弁室６１ｂに内嵌する筒状に形成されており、その内部空間は常時第２ポート６１２に連通している。副弁体６５の周壁部には、その内部空間を弁孔６１ｄに連通するスリット６５１が周方向に連続して形成されている。尚、副弁体６５の周壁部の内周面には、副弁体６５がスリット６５１によって分離されることを防止するため、スリット６５１を跨ぐようにして母線方向にのびる複数のリブ６５２が形成されており、また、副弁体６５の主弁体６４側の端壁部には、第１弁室６１ａからの水が流入する複数の透孔６５３が開設されている。
【００１９】
ここで、スリット６５１の周方向の一部は、図２に示す如く、他部よりも幅が広い幅広部６５１ａに形成されている。そして、主弁体６４が所定の中間開き位置よりも閉じ側に存するとき、即ち、弁軸６３の回転角度が主弁体６４を中間開き位置よりも閉じ側に移動させる角度範囲に存するときは、スリット６５１の幅広部６５１ａ以外の部分が弁孔６１ｄ側に向いて、第２弁室６１ｂに対する第３ポート６１３の連通開度が比較的小さな一定開度に維持されるようにしている。また、主弁体６４が中間開き位置よりも開き側に移動するとき、即ち、弁軸６３を上記角度範囲から主弁体６４が開き側に移動する方向に回転させるときに、スリット６５１の幅広部６５１ａが弁孔６１ｄ側に向いて、第２弁室６１ｂに対する第３ポート６１３の連通開度が増加するようにしている。
【００２０】
弁筐６１の第１ポート６１１と第１弁室６１ａとの間の通路部には、水流で回転する羽根車７ａを有する水量センサ７が設けられており、この水量センサ７で熱交換器２とバイパス路５とへの合計通水量を検出する検出手段が構成される。また、給水路３の水温（給水温）を検出する温度センサ８と、給湯路４のバイパス路５合流部よりも下流部分４ａの湯温（給湯温度）を検出する温度センサ９を設けている。そして、図示省略したコントローラにより、給湯設定温度と給水温度との偏差と水量センサ７の検出水量とから給湯温度を設定温度にするのに必要な熱量を演算して、この熱量が得られるようにバーナ１の燃焼量をフィードフォワード制御すると共に、給湯温度が設定温度になるようにバーナ１の燃焼量をフィードバック制御している。また、バーナ１の燃焼量を最大にしても給湯温度が設定温度まで上昇しないときは、熱交換器２とバイパス路５とへの合計通水量を水量調節弁６により減少させて、給湯温度を設定温度まで上昇させる。
【００２１】
ところで、水量調節弁６を十分に開いた状態でも十分な通水量が得られなくなる程に給水圧が低い場合、即ち、給水圧が所定の基準圧より低い場合、固定バイパス方式の給湯器では、実質的なバイパス比（バイパス路５への通水量／熱交換器２への通水量）が低下して、熱交換器２からの出湯温度（給湯路４のバイパス路５合流部よりも上流部分４ｂの湯温）と給湯温度との差が比較的小さくなり、給湯設定温度が低くなるとドレンを生じやすくなってしまう。
【００２２】
ここで、水量センサ７の検出水量（熱交換器２とバイパス路５とへの合計通水量）と、水量調節弁６のモータ６２の回転情報に基づいて算出される主弁体６４の位置から得られる第１弁室６１ａに対する第２弁室６１ｂの連通開度との相関関係から給水圧を演算することができる。そこで、本実施形態では、コントローラにより、上記相関関係に基づいて、給水圧が所定の基準圧に比し高いか否かを判別し、低いと判別されたときに、水量調節弁６の主弁体６４が中間開き位置よりも開き側に移動するように弁軸６３を駆動する制御を行うこととした。
【００２３】
第２弁室６１ｂに対する第３ポート６１３の連通開度を増加させると、バイパス路５への通水量が増加する。そして、本実施形態によれば、給水圧が基準圧より低い場合に、水量調節弁６の主弁体６４を中間開き位置よりも開き側に移動させるため、給水圧低下による合計通水量の減少をある程度補償できると共に、副弁体６５により第２弁室６１ｂに対する第３ポート６１３の連通開度を増加させて、実質的なバイパス比が低下することを防止できる。これにより、給水圧が基準圧より低い場合に、給湯設定温度を低くしても、ドレンが発生しにくくなる。また、水量調節弁６に副弁体６５を付加するだけであるため、水量調節弁６と別のバイパス弁を設けるものに比しコストダウンを図ることもできる。
【００２４】
更に、本実施形態では、水量調節弁６のモータ６２の回転情報から求められる第１弁室６１ａに対する第２弁室６１ｂの連通開度と水量センサ７の検出水量との相関関係に基づいて、給水圧が所定の基準圧に比し高いか低いかを判別するため、給水圧を検出する特別のセンサが不要になり、コストダウンを図る上で有利である。
【００２５】
次に、図３に示す第２実施形態について説明する。第２実施形態では、水量調節弁６の弁筐６１の第１ポート６１１に給湯路４のバイパス路５合流部よりも下流部分４ａを接続すると共に、第２ポート６１２に給湯路４のバイパス路５合流部よりも上流部分４ｂを接続し、更に、第３ポート６１３にバイパス路５を接続して、第２弁室６１ｂにより給湯路４のバイパス路５合流部を構成するようにしている。この場合も上記第１実施形態と同様の作用効果を得られる。
【００２６】
以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記実施形態では、副弁体６５の回転で第２弁室６１ｂに対する第３ポート６１３の連通開度が可変されるようにしているが、弁軸６３が回転せずに軸方向に進退するようにし、副弁体６５の弁孔６１ｄ側を向く面に軸方向にのびるスリットを形成してもよい。この場合は、主弁体６４が中間開き位置よりも開き側に移動するときにスリットの幅広部が弁孔６１ｄに臨む軸方向位置に変位して、第２弁室６１ｂに対する第３ポート６１３の連通開度が増加するように構成する。
【符号の説明】
【００２７】
１…バーナ、２…熱交換器、３…給水路、３ａ…給水路のバイパス路分岐部よりも上流部分、３ｂ…給水路のバイパス路分岐部よりも下流部分、４…給湯路、４ａ…給湯路のバイパス路合流部よりも下流部分、４ｂ…給湯路のバイパス路合流部よりも上流部分、５…バイパス路、６…水量調節弁、６１…弁筐、６１ａ…第１弁室、６１ｂ…第２弁室、６１１…第１ポート、６１２…第２ポート、６１３…第３ポート、６２…モータ、６３…弁軸、６４…主弁体、６５…副弁体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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