(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスバーナを備えた熱交換器と、その熱交換器へ水を供給する給水管と、前記熱交換器で加熱された湯を送出する出湯管とを備える一方、前記給水管と出湯管との間に、前記熱交換器をバイパスするバイパス管を接続して、前記出湯管の湯に前記バイパス管の水を混合して所望の温度の湯を出湯させるバイパスミキシング式給湯器であって、
前記バイパス管に、前記出湯管へ供給する水の流量を制御可能な制御弁を設ける一方、前記出湯管内における前記バイパス管からの水出口の上流側又は下流側と、前記バイパス管内とに、温度に応じて動作する形状記憶合金バネを、前記制御弁の弁体を挟んで、前記出湯管側の形状記憶合金バネが前記弁体の閉弁方向へ、前記バイパス管側の形状記憶合金バネが前記弁体の開弁方向へ夫々力を生じさせるように同軸で配置し、前記制御弁の弁体を前記両形状記憶合金バネの荷重がバランスする位置で停止させることで、前記制御弁の開閉制御を行うようにしたことを特徴とするバイパスミキシング式給湯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、給水管と出湯管との間に熱交換器をバイパスするバイパス管を接続し、熱交換器で加熱された湯にバイパス管からの水を混合して所望の温度の湯を出湯させるバイパスミキシング式給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上記バイパスミキシング式給湯器においては、バイパス管に電磁弁や水モータを設け、これらをバーナコントローラで開閉制御又は駆動制御し、バイパス管からの水の流量（給湯器に入る全流量に対するバイパス比率）を変更して所望の温度の湯を出湯させることで、熱交換器の内胴出口から出湯される湯の温度（以下内胴出口温度という）を、熱交換器にドレンの発生や沸騰を起こさせない範囲に調整可能としていた。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記電磁弁や水モータを用いた場合、これらの開閉制御や駆動制御を行う制御回路を前記バーナコントローラに別途設ける必要が生じるため、器具全体のコストアップに繋がってしまう。又特に電磁弁では、バイパス比率が固定されるため、ドレン発生や沸騰の防止に対応できる領域が狭く、充分なバイパス管の活用ができていない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明は、上記電磁弁や水モータを用いない簡単な構成で、バイパス比率の変更範囲を広くし、前記ドレンの発生や沸騰を好適に防止可能としたバイパスミキシング式給湯器を提供するもので、その構成は、バイパス管に、出湯管へ供給する水の流量を制御可能な制御弁を設ける一方、出湯管内におけるバイパス管からの水出口の上流側又は下流側と、バイパス管内とに、温度に応じて動作する形状記憶合金バネを、制御弁の弁体を挟んで、出湯管側の形状記憶合金バネが弁体の閉弁方向へ、バイパス管側の形状記憶合金バネが弁体の開弁方向へ夫々力を生じさせるように同軸で配置し、前記制御弁の弁体を前記両形状記憶合金バネの荷重がバランスする位置で停止させることで、制御弁の開閉制御を行うようにしたことを特徴とするものである。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基いて説明する。
図１はバイパスミキシング式給湯器の概略を示すもので、バイパスミキシング式給湯器１は、上水道に接続される給水管２と、給水管２から導かれる水をガスバーナ３により加熱する熱交換器４と、その熱交換器４で加熱された湯を送り出す出湯管５とを備えている。又給水管２には、水量を検出する水量センサ６と入水温度を検出する入水温度センサ７が、出湯管５には、出湯温度を検出する出湯温度センサ８が夫々設けられて、これらは図示しないバーナコントローラに接続されている。バーナコントローラは、水量センサ６や入水温度センサ７及び、出湯温度センサ８から入力される検出信号に基いて、所望の出湯温度が得られるようにガスバーナ３へのガス流路に設けられた比例制御弁（図示せず）を制御するものである。
そして給水管２と出湯管５との間には、熱交換器４をバイパスするバイパス管９が接続され、このバイパス管９と出湯管５との接続部分に、ミキシングバルブ１０が設けられている。このミキシングバルブ１０は、まずバイパス管９に連通する弁室１１を形成して、弁室１１の水を水出口１８から出湯管５側へ合流させる構成としている。又弁室１１には、弁体１２と弁座１３とを設けており、前記弁体１２の弁軸１４には、バネ受け１５を連結し、そのバネ受け１５と弁体１２側のバネ受け１６との間に形状記憶合金バネ１７を介在させている。一方水出口１８の上流側には、バネ室１９を形成し、そのバネ室１９内においては、弁体１２の弁軸１４を伸長させて端部にバネ受け２０を連結し、そのバネ受け２０の弁体１２側に、形状記憶合金バネ２１を先の形状記憶合金バネ１７と同軸に配置している。
【０００６】
前記形状記憶合金バネは、図２のグラフに示すような温度に対する荷重特性（同図は形状記憶合金バネ２１の荷重特性を示すものであり、上は長さ１７ｍｍ、下は長さ２０ｍｍのものを示す）を有するものが採用されている。まず形状記憶合金バネ１７は、バイパス管９から弁室１１へ流れる水の温度に応じて荷重を変化させ、弁体１２の開弁方向へ力を生じさせる。そして形状記憶合金バネ２１は、熱交換器４の内胴出口温度に応じて荷重を変化させ、弁体１２の閉弁方向へ力を生じさせる。このように両形状記憶合金バネは、夫々荷重を弁体１２のストロークに変えるために利用されているが、夫々両バネの荷重は相反する方向へ加わる設定であるため、弁体１２は両バネの荷重のバランスする位置で停止するものとなる。この弁体１２の移動により弁開度を変化させて、給湯器に入る全流量ＱＯ  にに対するバイパス管９内を流れる水の流量Ｑ１  の比、即ちバイパス比率Ｑ１  ／ＱＯ  を調整しているのである。
【０００７】
又前記バイパス比率は、熱交換器４にドレンを発生させず、又沸騰させない温度範囲（ここでは４５℃〜８５℃とする）で内胴出口温度を維持するために設定される。図３のグラフは、給水管２から供給される水の温度（以下入水温度という）が５℃〜３０℃の間で変化するものとして、この入水温度の推移に加えて、給湯器で設定可能な出湯温度が３８℃〜７０℃の範囲の場合、前記ドレン発生と沸騰防止が可能な内胴出口温度の範囲（４５℃〜８５℃）を維持するためのバイパス比率の限界ラインを示すもので、このグラフにおいて、ａは３８℃出湯時の沸騰限界ライン、ｂは同じく３８℃出湯時のドレン限界ライン、又ｃは７０℃出湯時の沸騰限界ラインを夫々示すもので、この各限界ラインより、バイパス比率は以下の表１に設定する必要がある。
【０００８】
【表１】
0003577652.tif 000002
【０００９】
前記表１を、出湯温度を横軸、バイパス比率を縦軸として表したのが図４のグラフで、実線の斜線で示す領域が入水温度５℃の場合、破線で示す領域が入水温度３０℃の場合となる。よって両者の領域が重複する範囲内で、例えば図４のグラフに示す軌跡イ（最初は５０％のバイパス比率から、出湯温度が４５℃を越えた付近から減少させ、出湯温度７０℃で１８％となる）の如くバイパス比率が移行するように、２つの形状記憶合金バネ１７，２１の荷重のバランスによる弁体１２のストロークが調整されるのである。
このように上記ミキシングバルブ１０においては、入水温度と内胴出口温度との検知に形状記憶合金バネ１７，２１を用い、温度変化による荷重を直接弁体１２に作用させて、ドレン発生と沸騰防止が可能な範囲内でバイパス比率を調整する構成としたことで、通水系側のみで適切なミキシングが可能となる。よって構成が簡略化し、電磁弁やモータに制御回路を組み合わせてバイパス比率の調整を行う従来の形態に比べて、大幅なコストダウンが達成できる。
【００１０】
一方図３のグラフに示すように、バイパス比率は入水温度の上昇に従って上昇させる必要があるが、特にここでは、形状記憶合金バネ１７により、入水温度の上昇に応じて弁体１２に開弁方向へのストロークを与え、上記バイパス比率の上昇分をここで負担させる構成としているため、形状記憶合金バネ２１単独によりバイパス比率の変動を負担させるのに比べて、安定したミキシングが可能となる。
具体的に説明すると、内胴出口側の形状記憶合金バネ２１のみで上記ドレン限界、沸騰限界の領域を維持しようとすると、バイパス比率は、先の図４のグラフで、ドレン限界側で０〜４７％（Δ４７％）、沸騰限界側で１９〜５８．５％（Δ３９．５％）変化させる必要がある。しかしこれだけ変化幅が大きくなると、流量変化や出湯温度の変更による内胴出口温度の変化時に、ハンチング現象が生じる。そこで本形態では、バイパス管９側に形状記憶合金バネ１７を組み込んで、入水温度の変化０〜３０℃の間でバイパス率を０〜２０％変化させる構成としているため、先の内胴出口側の形状記憶合金バネ２１が負担するバイパス比率は、ドレン限界側で０〜２７％（Δ２７％）、沸騰限界側で１９〜３８．５％（Δ１９．５）の負担で済み、形状記憶合金バネ２１単独によるバイパス比率の負担量が、２７／４７＝０．５７、１９．５／３９．５＝０．４９と少なくなり、ハンチング現象が発生せず、安定したミキシングが可能となるのである。
【００１１】
尚上記実施の形態では、形状記憶合金バネ２１を水出口１８の上流に配して、熱交換器４の内胴出口温度を直接検知するものとしているが、図５に示すミキシングバルブ１０ａのように、水出口１８を形状記憶合金バネ２１の上流側に設けて、ミキシング後の湯の温度を検知するものとしても良い。
【００１２】
又熱応動部材として、形状記憶合金バネに代えてサーモワックスを使用することもできる。この態様を図６に示すと、ミキシングバルブ１０ｂには、サーモワックスを内蔵し、その温度上昇に伴う体積変動に従って弁軸２３ａ，２３ｂを突出させる熱応動体２２ａ，２２ｂを、夫々出湯管５側と、バイパス管９側に並設し、熱応動体２２ａの弁軸２３ａには、バイパス管９内で、バイパス管９と給水管２との境壁２５に形成した弁座２６ａを開閉する弁体２４ａを連結する一方、熱応動体２２ｂの弁軸２３ｂには、給水管２内で、同じく境壁２５に形成した弁座２６ｂを開閉する弁体２４ｂを連結している。又各弁体２４ａ，２４ｂには、弁体２４ａに対しては開弁方向へ、弁体２４ｂに対しては閉弁方向へ夫々作用する戻しバネ２７ａ，２７ｂが備えられている。よって内胴出口側の熱応動体２２ａにおいては、内胴出口温度の上昇に従って弁体２４ａは閉弁方向へ移動して、戻しバネ２７ａとバランスする位置で停止し、バイパス管９側の熱応動体２２ｂにおいては、バイパス管９内の入水温度の上昇に従って弁体２４ｂは開弁方向へ移動して、戻しバネ２７ｂとバランスする位置で停止し、両弁体２４ａ，２４ｂの開度でバイパス管９へ供給される水の流量Ｑ２  が決定される。従ってここでは、２つの弁体によって決定されるバイパス比率を、図４のグラフで示した領域で変動させれば良いことになる。
尚この熱応動体２２ａ，２２ｂの並列配置は、先の形態の形状記憶合金バネ１７，２１において採用することも可能で、両タイプの組み合わせでも差し支えない。
【００１３】
【発明の効果】
以上本発明によれば、制御弁の開閉制御を、制御弁の弁体を挟んで同軸で配置された２つの形状記憶合金バネで行うようにしたことで、バイパスミキシング構造が簡単に構成でき、コストダウンが達成できる。特に熱交換器の内胴出口側に加え、バイパス管側にも形状記憶合金バネを設けて、入水温度にも対応してバイパス比率を変化させる構成としているから、バイパス比率の設定の自由度が上昇すると共に、ハンチング現象も好適に防止でき、安定したミキシングが可能となるのである。
【図面の簡単な説明】
【図１】バイパスミキシング式給湯器の概略及びミキシングバルブの説明図である。
【図２】形状記憶合金バネの特性図である。
【図３】バイパス比率の設定領域を示すグラフである。
【図４】バイパス比率の設定領域を示すグラフである。
【図５】ミキシングバルブの変更例を示す説明図である。
【図６】サーモワックスを利用したミキシングバルブの変更例を示す説明図である。
【符号の説明】
１・・バイパスミキシング式給湯器、２・・給水管、３・・ガスバーナ、４・・熱交換器、５・・出湯管、９・・バイパス管、１０，１０ａ，１０ｂ・・ミキシングバルブ、１２・・弁体、１７，２１・・形状記憶合金バネ、２２ａ，２２ｂ・・熱応動体。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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