(57)【要約】【課題】混合部における混合性を向上させることにより流体混合装置を小型化すると共に、混合する流体の流量によらず十分に混合することができる流体混合装置を提供すること。【解決手段】円筒状の混合部と、混合部内に第１流体を導入するための第１接続部と、混合部内に第２流体を導入するための第２接続部と、混合部内で混合された流体を排出するための出口部と、第１流体及び第２流体の流量を調整可能な流量調整手段を備え、第１接続部が混合部の一端部に混合部と同軸状に設けられ、第２接続部が混合部の軸線と直交状に設けられ、出口部が混合部の他端部に設けられた流体混合装置において、第１接続部の内径と第２接続部の内径が混合部の内径の１／３〜２／５の範囲内の大きさとなるように設定した。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円筒状の混合部と、前記混合部内に第１流体を導入するための第１接続部と、前記混合部内に第２流体を導入するための第２接続部と、前記混合部内で混合された流体を排出するための出口部と、前記第１流体及び前記第２流体の流量を調整可能な流量調整手段を備え、前記第１接続部は前記混合部の一端部に前記混合部と同軸状に設けられ、前記第２接続部は前記混合部の軸線と直交状に設けられ、前記出口部は前記混合部の他端部に設けられた流体混合装置において、
前記第１接続部の内径と前記第２接続部の内径が前記混合部の内径の１／３〜２／５の範囲内の大きさとなるように設定されたことを特徴とする流体混合装置。
【請求項２】
前記流量調整手段は、前記第１接続部に接続された第１流量調整弁と、前記第２接続部に接続された第２流量調整弁からなることを特徴とする請求項１に記載の流体混合装置。
【請求項３】
前記第１接続部及び前記第２接続部のうち位置が高い方に高温の流体が流通する高温流体通路が接続され、位置が低い方に低温の流体が流通する低温流体通路が接続されることを特徴とする請求項１又は２に記載の流体混合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高温水と低温水を混合するために給湯装置等に備えられた流体混合装置に関し、特に混合性を向上可能な流体混合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、給湯の設定温度となるように高温水と低温水の混合比率を調整して混合する流体混合装置が、給湯装置等に広く使用されている。混合比率の調整は、流体混合装置で混合された混合水の温度に基づいて行われる。そのため、混合水が十分に混合されていない場合には、混合比率の調整による温度調整が困難になる。そこで、流路が長くなるように長い混合部を設けて十分に混合された混合水の温度を検知するように構成することが知られている。
【０００３】
しかし、長い混合部を設けると流体混合装置が大きくなり、給湯装置等に収容することが困難になる。そこで、例えば特許文献１のように、低温水を加熱手段とバイバス通路に分配する分配弁を備え、加熱手段からの高温水とバイパス通路の低温水を小さく形成された混合部内に導入して混合する湯水混合装置が知られている。
【０００４】
特許文献１の温水混合装置は、混合部内に流入する高温水及び低温水を互いに衝突させるように、混合部の入口にそれらの流通方向を案内する偏流壁を設けて混合性を向上させている。さらに混合性を向上させるために、混合水出口配管内に混合水の流通方向を変化させる壁を設けて混合水を攪拌している。
【０００５】
また、特許文献２のように、最適な混合状態となるように、混合部に連通する低温水と高温水の通路の内径を変化させる技術が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特許第５９７４２５２号公報
【特許文献２】特開平７−２４３５９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１の湯水混合装置では、流体の通路に偏流壁等を設置すると共に、混合水の流量を調整する調整弁の弁体を混合部内に収容して混合部が狭く通水抵抗が大きくなっているため、混合比率を変えたとき、特に一方が他方と比べて十分小さくなる混合比率のときに、混合部内での十分な混合がなされない虞がある。また、特許文献２の技術によれば、混合状態が最適化されるが、混合水の温度を設定された温度に制御する点については開示されていない。
【０００８】
本発明の目的は、混合部における混合性を向上させることにより流体混合装置を小型化すると共に、設定温度の混合流体にするために混合する流体の混合比率によらず十分に混合することができる流体混合装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
請求項１の発明は、円筒状の混合部と、前記混合部内に第１流体を導入するための第１接続部と、前記混合部内に第２流体を導入するための第２接続部と、前記混合部内で混合された流体を排出するための出口部と、前記第１流体及び前記第２流体の流量を調整可能な流量調整手段を備え、前記第１接続部は前記混合部の一端部に前記混合部と同軸状に設けられ、前記第２接続部は前記混合部の軸線と直交状に設けられ、前記出口部は前記混合部の他端部に設けられた流体混合装置において、前記第１接続部の内径と前記第２接続部の内径が前記混合部の内径の１／３〜２／５の範囲内の大きさとなるように設定されたことを特徴としている。
【００１０】
上記構成によれば、流体混合装置は、流量調整手段により第１流体と第２流体の流量を調整して混合部内に流入させる。また、混合部内に第１流体を導入する第１接続部の内径と、混合部内に第２流体を導入する第２接続部の内径が、夫々混合部の内径の１／３〜２／５の範囲内の大きさとなるように形成されている。これにより、設定温度の混合流体とするために混合する第１流体と第２流体の混合比率によらず、これらを混合する混合部における混合性が向上する。そのため、十分な混合のために必要な混合部の長さを短くすることができ、流体混合装置を小型化することができる。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１において、前記流量調整手段は、前記第１接続部に接続された第１流量調整弁と、前記第２接続部に接続された第２流量調整弁からなることを特徴としている。
【００１２】
上記構成によれば、第１流体の流量と第２流体の流量を夫々個別に調整することができるので、混合比率を容易に調整することができる。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１又は２において、前記第１接続部及び前記第２接続部のうち位置が高い方に高温の流体が流通する高温流体通路が接続され、位置が低い方に低温の流体が流通する低温流体通路が接続されることを特徴としている。
【００１４】
上記構成によれば、高温流体通路は位置が高い接続部に接続されているので、第１流体と第２流体が流通しないときに混合部内で自然対流の発生を抑えて混合を防ぎ、第１流体と第２流体を混合して出口部から流出させるときに混合流体の温度の制御を適切に実行可能にしている。
【発明の効果】
【００１５】
本発明の流体混合装置によれば、混合部における混合性を向上させることにより流体混合装置を小型化すると共に、設定温度の混合流体にするために混合する流体の混合比率によらず十分に混合することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実施例に係る給湯装置の構成を示す図である。
【図２】実施例に係る流体混合装置の斜視図である。
【図３】図２のIII −III 線要部断面図である。
【図４】第１、第２接続部の内径と混合部の内径の比率を変化させたときの混合流体の温度のばらつきを第１、第２流体の混合比率別に示す図である。
【図５】内径比率が２／５のときに温度測定ポイントを変えて測定した混合流体の温度のばらつきを第１、第２流体の混合比率別に示す図である。
【図６】内径比率が１／３のときに温度測定ポイントを変えて測定した混合流体の温度のばらつきを第１、第２流体の混合比率別に示す図である。
【図７】混合部内における第２流体の流れを示す図３のVII −VII 線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。
【実施例】
【００１８】
最初に、給湯装置１の全体構成について説明する。
図１に示すように、給湯装置１は、貯湯タンク２、補助熱源機３等を備え、例えばヒートポンプ式熱源機等の外部熱源機４により加熱した高温水を貯湯タンク２に貯留して、この高温水を給湯に使用する。また、給湯装置１は、補助熱源機３により加熱した高温水を給湯や風呂追い焚きに使用する。補助熱源機３は、例えば燃料ガスの燃焼熱を利用して湯水を加熱する。
【００１９】
貯湯タンク２の上部には、貯湯タンク２に貯留した高温水を出湯するための出湯通路６（高温流体通路）が接続されている。また、貯湯タンク２の下部には、貯湯タンク２に低温水として上水を供給するための給水通路７が接続されている。給水通路７から分岐したバイパス通路８（低温流体通路）と出湯通路６と給湯通路９とが、流体混合装置１０を介して接続されている。流体混合装置１０は、出湯通路６の高温水とバイパス通路８の低温水の混合手段として混合比率を調整可能に構成され、流体混合装置１０で混合された湯水が給湯通路９を流通して給湯栓等に給湯される。
【００２０】
出湯通路６には、この出湯通路６を流通して流体混合装置１０に流入する高温水の温度を検知するための流体混合装置入口温度センサ６ａが配設されている。給水通路７には、この給水通路７からバイパス通路８を介して流体混合装置１０に流入する低温水の温度を検知するための給水温度センサ７ａが配設されている。給湯通路９には、流体混合装置１０で混合された湯水の温度を検知するための給湯温度センサ９ａと、給湯流量センサ９ｂと、給湯流量調整弁９ｃが配設されている。
【００２１】
給湯装置１は、流体混合装置入口温度センサ６ａ、給水温度センサ７ａ、給湯温度センサ９ａ等の検知信号に基づいて給湯運転等を制御する制御部１１を備え、ユーザが給湯の設定温度等を設定する操作等を行うためのリモコン１２が制御部１１に接続されている。
【００２２】
出湯通路６から分岐された補助加熱通路１３には補助熱源機３が介装され、その分岐部より下流側で補助加熱通路１３の下流端が調整弁１４を介して出湯通路６に接続されている。調整弁１４は、補助加熱通路１３を通って出湯通路６に供給される高温水の流量を調整する。補助加熱通路１３には、補助熱源機３に湯水を送るためのポンプ１５と三方弁１６等が配設され、補助熱源機３により貯湯タンク２の湯水を加熱した高温水を出湯通路６に供給可能である。
【００２３】
バイパス通路８から分岐して流体混合装置１０に接続された高温出湯回避通路１７には、高温出湯回避弁１８が配設されている。高温出湯回避弁１８は、通常は閉止状態を維持し、停電時や給湯温度センサ９ａが所定温度以上の給湯温度を検知した場合には、高温出湯回避弁１８を開弁して給湯通路９に低温の上水を供給可能な状態にする。そして、給湯中に高温出湯回避弁１８を開弁した場合に、低温の上水が供給されて所定温度以上の高温の給湯を防ぐように構成されている。尚、高温出湯回避通路１７は、高温出湯回避弁１８を介して給湯通路９に接続されてもよい。
【００２４】
貯湯タンク２の下部には外部熱源機４に湯水を供給する上流加熱通路１９ａが接続されている。この外部熱源機４で加熱された高温水を貯湯タンク２に供給する下流加熱通路１９ｂが貯湯タンク２の上部に接続されて、貯湯タンク２の上部から高温水を貯留する。
【００２５】
給湯栓等の開栓により給湯が開始されて給湯流量センサ９ｂが所定の流量を検知すると、制御部１１は出湯温度と給水温度に基づいて給湯温度がリモコン１２で設定した設定温度となるように流体混合装置１０の混合比率を調整する。そして給湯温度センサ９ａが検知した給湯温度に基づいて、制御部１１は流体混合装置１０の混合比率をさらに調整する。
【００２６】
次に、流体混合装置１０について図２，図３に基づいて説明する。
流体混合装置１０は、本体部２０と第１流量調整弁２１と第２流量調整弁２２を備えている。この本体部２０は円筒状に形成された混合部２３を備え、混合部２３内に第１流体を導入するための第１接続部２４が混合部２３の一端部に混合部２３の軸線Ｌ１と同軸状に設けられ、混合部２３内に第２流体を導入するための第２接続部２５が混合部２３の軸線Ｌ１と直交状に設けられている。また、混合部２３内で混合された流体を排出するための出口部２６が混合部２３の他端部に設けられている。
【００２７】
第１接続部２４には第１流量調整弁２１が接続され、第２接続部２５には第２流量調整弁２２が接続されている。これら第１流量調整弁２１と第２流量調整弁２２とで第１流体及び第２流体の流量を調整可能な流量調整手段が構成されている。制御部１１は、第１流量調整弁２１と第２流量調整弁２２を夫々個別に制御することにより、混合部２３内で混合される第１流体と第２流体の混合比率を制御する。
【００２８】
第１流体と第２流体は例えば温度が異なり、流体混合装置１０が設置された位置関係において、第１接続部２４と第２接続部２５のうち位置が高い方から高温の流体が導入され、位置が低い方から低温の流体が導入される。例えば、給湯装置１内で第１接続部２４が第２接続部２５より高い位置となる場合には、第１流体が高温の流体、第２流体が低温の流体であり、第１流量調整弁２１に出湯通路６が接続され、第２流量調整弁２２にバイパス通路８が接続される（図１参照）。
【００２９】
位置が高い方の接続部から高温の流体が導入されるので、流体が流通しないときに混合部２３内の自然対流の発生を抑えて第１流体と第２流体の混合を防ぎ、出口部２６から流出する混合流体の温度の制御を適切に実行可能にしている。これにより、給湯しないとときに第１，第２流量調整弁２１，２２が完全に閉止されていなくても、そられに接続された配管内の湯水が自然対流によって混合水となることを防いで、この混合水が排出されるまで給湯時の適切な温度制御ができなくなることを防止できる。
【００３０】
第１接続部２４の内径ｒ１又は第２接続部２５の内径ｒ２をｒ、混合部２３の内径をＲとしたとき、内径比率ｒ／Ｒが１／３〜２／５の範囲内（内径比率範囲内）となる大きさに内径ｒ１，ｒ２，Ｒが設定されている。言い換えると、混合部２３の内径Ｒは、混合部２３に接続する第１，第２接続部２４，２５の内径ｒ１，ｒ２の２．５〜３倍の範囲内の大きさである。尚、内径ｒ１，ｒ２は、第１，第２接続部２４，２５が混合部２３内に連通する部分の内径の最小値であり、これより上流側は設定された内径ｒ１，ｒ２より大きく形成してもよい。
【００３１】
図４は、例えば６０℃の高温水に温度Ａ（５℃）、温度Ｂ（１５℃）又は温度Ｃ（３０℃）の低温水を混合して設定温度４０℃の給湯を１２Ｌ／分の流量で行うように高温水と低温水の混合比率を制御する場合に、内径比率を変えたときの混合部２３内の温度測定ポイントにおける混合水の温度ばらつきを示している。この混合部２３内の温度測定ポイントは、高温水と低温水の合流ポイント（第２接続部２５の位置）から出口部２６側に進んだ混合距離が５０ｍｍの位置である。混合水の温度ばらつきが小さい程混合部２３内における混合性が高いことを示し、流体混合装置１０の小型化に好適な混合性を有することになる。
【００３２】
上記の内径比率範囲内となるように、例えば第１，第２接続部２４，２５の内径ｒ１、ｒ２を夫々８ｍｍ、混合部２３の内径Ｒを２０〜２４ｍｍに設定したとき、混合比率によらず混合水の温度ばらつきが５℃未満に抑えられ、混合部２３内でよく混合されていることがわかる。一方、この内径比率範囲外のｒ／Ｒ＝１／２となるように内径ｒ１、ｒ２を夫々８ｍｍ、混合部２３の内径Ｒを１６ｍｍに設定したときは、混合水の温度ばらつきが混合比率によっては１０℃を超える場合がある。従って、少なくとも上記の内径比率範囲内であれば、混合比率によらず混合水の温度ばらつきが小さくなるように混合することができる。
【００３３】
図５，図６は、上記の内径比率範囲の上限又は下限になるように内径ｒ１，ｒ２，Ｒを設定し、混合部２３内の合流ポイントから温度測定ポイントまでの混合距離を１０〜８０ｍｍの範囲で１０ｍｍ毎に変えた場合の混合水の温度ばらつきを示している。図５では、ｒ／Ｒ＝２／５となるように、例えば内径ｒ１，ｒ２を夫々８ｍｍ、内径Ｒを２０ｍｍに設定している。また図６では、ｒ／Ｒ＝１／３となるように、例えば内径ｒ１，ｒ２を夫々８ｍｍ、内径Ｒを２４ｍｍに設定している。
【００３４】
図５，図６から、混合距離が長い程温度ばらつきが小さくなり、上記の内径比率範囲内で混合距離が少なくとも５０ｍｍ以上となるように混合部２３を形成すれば、混合比率によらず混合水の温度ばらつきが５℃未満に抑えられることがわかる。従って、混合比率によらず混合流体の温度ばらつきが小さくなる内径比率範囲内となるように混合部２３の内径Ｒを設定して混合部２３の混合性が向上したので、混合部２３を短くすることが可能であり、流体混合装置１０を小型化することができる。
【００３５】
図７に示すように、上記の内径比率範囲内となるように内径ｒ１，ｒ２，Ｒが設定された混合部２３内では、第２接続部２５から流入する破線Ｌ２で示す第２流体の一部は、第１接続部２４から出口部２６に向かって流れる第１流体に衝突して混合される。第２流体が衝突する第１流体は、第１接続部２４から混合部２３の径方向に略均等に広がって出口部２６に向かって流れている。このとき、第２流体の一部は破線Ｌ３，Ｌ４で示すように混合部２３の内壁に沿うように進行しながら出口部２６に向かうので、第２接続部２５に対向する混合部２３の内壁の近傍領域に到達する。そのため、第２流体と第１流体とが出口部２６に到達するまでに混合部２３内で十分に混合される。
【００３６】
一方、上記の内径比率範囲外となるように内径ｒ１，ｒ２，Ｒが設定された場合には、混合部２３の径方向に略均等に広がって出口部２６に向かう第１流体に対して、第２流体が混合部２３内で偏在するようになって十分に混合されない。例えば、内径比率範囲より大きくなるように内径Ｒが小さく設定された場合には、混合部２３内に流入した第２流体は、その進行距離が内径Ｒに対応して短くなるため、第１流体と混合されずに第２接続部２５に対向する混合部２３の内壁の近傍領域に到達する量が増えてこの領域に集中し、混合部２３内で十分に混合されない。一方、内径比率範囲より小さくなるように内径Ｒが大きく設定された場合には、混合部２３内に流入した第２流体は、進行距離が内径Ｒに対応して長くなるため、第２接続部２５に対向する混合部２３の内壁の近傍領域まで第２流体が進行できず、混合部２３内で十分に混合されない。
【００３７】
本発明の作用、効果について説明する。
流体混合装置１０は、設定温度の混合流体とするために、流量調整手段により第１流体と第２流体の流量を調整して混合部２３内に流入させる。また、混合部２３内に第１流体を導入する第１接続部２４の内径ｒ１と、混合部２３内に第２流体を導入する第２接続部２５の内径ｒ２が、夫々混合部２３の内径Ｒの１／３〜２／５の範囲内の大きさとなるように設定されている。これにより、設定温度の混合流体とするために混合する第１流体と第２流体の混合比率によらず、これらを混合する混合部２３における混合性が向上する。従って、十分な混合のために必要な混合部２３の長さを短くすることができ、流体混合装置１０を小型化することができる。
【００３８】
また、流量調整手段は、第１接続部２４に接続された第１流量調整弁２１と、第２接続部２５に接続された第２流量調整弁２２とで構成されているので、第１流体の流量と第２流体の流量を夫々個別に調整することができ、流体混合装置１０の混合比率を容易に調整することができる。
【００３９】
その上、第１接続部２４及び第２接続部２５のうち位置が高い方に高温の流体が流通する出湯通路６が接続され、位置が低い方に低温の流体が流通するバイパス通路８が接続されるので、流体が流通しないときには混合部２３内で自然対流の発生を抑えて混合を防ぎ、給湯時に出口部２６から流出する混合流体の温度の制御を適切に実行することができる。
【００４０】
当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施形態に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態を包含するものである。
【符号の説明】
【００４１】
１      ：給湯装置
６      ：出湯通路（高温流体通路）
６ａ    ：流体混合装置入口温度センサ
７      ：給水通路
７ａ    ：給水温度センサ
８      ：バイパス通路（低温流体通路）
９      ：給湯通路
９ａ    ：給湯温度センサ
１０    ：流体混合装置
１１    ：制御部
１７    ：高温出湯回避通路
１８    ：高温出湯回避弁
２０    ：本体部
２１    ：第１流量調整弁
２２    ：第２流量調整弁
２３    ：混合部
２４    ：第１接続部
２５    ：第２接続部
２６    ：出口部
【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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【図７】
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