(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
バーナの燃焼熱により通水を加熱する熱交換器と、該熱交換器へ水を供給する給水路と、該熱交換器から湯を送出する出湯路と、該熱交換器をバイパスして給水路と出湯路とを連通するバイパス路と、該バーナへのガスの供給量を調整するガス量調整手段と、通水量を調整することによって給湯温度を調節する水量調整手段とを備えた湯沸器において、
上記バーナへの供給ガス量に応じて、上記熱交換器への通水量と上記バイパス路への通水量との総量は変化させずに、上記熱交換器と上記バイパス路への通水量の比率を調整する水量比率調整手段を設けたことを特徴とする湯沸器。
【請求項２】
上記ガス量調整手段の操作に連動して、上記水量比率調整手段を作動させる連動手段を備えたことを特徴とする請求項１記載の湯沸器。
【請求項３】
上記水量調整手段は、絞り操作に連動して上記熱交換器への通水量を一定に保ったまま上記バイパス路への通水量を絞っていき、該バイパス路への通水が略停止される状態に達すると、該熱交換器への通水量の絞り動作を開始することを特徴とする請求項１又は請求項２記載の湯沸器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バーナへのガスの供給量を調整するガス量調整手段と、通水量を調整することによって給湯温度を調節する水量調整手段を備えた湯沸器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から、主に台所で使用される元止め式瞬間湯沸器の出湯温の調節方法は、次の様な２通りの方法で行われている。
１つめの方法は、バーナへの供給ガス量は変化させずに、熱交換器をバイパスするバイパス管への通水量（以下、バイパス水量）を調節する方法である。つまり、熱交換器への通水量（以下、内胴通過水量）は一定に保ち、バイパス水量を変化させることによって出湯温を調節する方法である。この方法では、出湯温を高くした時にはバイパス水量が少ないため、トータルの出湯量は減少し、出湯温を低くした時には逆に出湯量は増加する。
【０００３】
２つめの方法は、内胴通過水量とバイパス水量はいずれも一定に保ち、バーナへの供給ガス量を増減させる方法である。この場合、夏場等の入水温が高い時には、ガス量を増加させすぎると内胴通過水が沸騰してしまうという問題があり、また冬場等の入水温が低い時には、ガス量を絞りすぎると熱交換器でドレンが発生してしまうという問題があった。
このため、従来の湯沸器では、内胴通過水量は、ガス供給能力最大時（例えば、９６００ｋｃａｌ／ｈ）で入水温が３０℃の時に内胴通過水が沸騰しないように設計されている。そしてガス供給能力最小値は、この内胴通過水量で入水温が５℃の時にドレンが発生しない限界値となるように設計されている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近では湯沸器の熱効率を向上させたいという要求が高まり、この要求に応えようとするとさらにドレンの発生しないガス供給調整範囲が狭くなってしまう。すなわち、熱効率を向上させるためには、熱交換器の伝熱面積、つまりフィン枚数を増やせばよいが、従来の湯沸器では、内胴通過水量がガス供給量に関係なく常に一定であるため、能力小（例えば、４８００ｋｃａｌ／ｈ）の時には能力大時に比べて内胴通過水量に対する相対的な加熱量が小さいことから、フィンの温度が低くなり特に低入水温（例えば、５℃）時にドレンが発生しやすくなっている。このため、ドレンを発生させることなく伝熱面積を広くしようとすると、能力小時の加熱量を増加させなければならず、ガス供給調整範囲が狭くなり要求される出湯温調節の幅を確保できない。この結果、熱効率向上の要求に応えることができなかった。
本発明の湯沸器は上記課題を解決し、ドレンの発生と内胴通過水の沸騰を防止しつつ、熱効率向上の要求に応えることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項１記載の湯沸器は、バーナの燃焼熱により通水を加熱する熱交換器と、該熱交換器へ水を供給する給水路と、該熱交換器から湯を送出する出湯路と、該熱交換器をバイパスして給水路と出湯路とを連通するバイパス路と、該バーナへのガスの供給量を調整するガス量調整手段と、通水量を調整することによって給湯温度を調節する水量調整手段とを備えた湯沸器において、
上記バーナへの供給ガス量に応じて、上記熱交換器への通水量と上記バイパス路への通水量との総量は変化させずに、上記熱交換器と上記バイパス路への通水量の比率を調整する水量比率調整手段を設けたことことを要旨とする。
【０００６】
また、本発明の請求項２記載の湯沸器は、上記請求項１記載の湯沸器において、
上記ガス量調整手段の操作に連動して、上記水量比率調整手段を作動させる連動手段を備えたことを要旨とする。
【０００７】
また、本発明の請求項３記載の湯沸器は、上記請求項１又は請求項２記載の湯沸器において、
上記水量調整手段は、絞り操作に連動して上記熱交換器への通水量を一定に保ったまま上記バイパス路への通水量を絞っていき、該バイパス路への通水が略停止される状態に達すると、該熱交換器への通水量の絞り動作を開始することを要旨とする。
【０００８】
上記構成を有する本発明の請求項１記載の湯沸器は、水量比率調整手段が、バーナへ供給するガス量の変化に応じて、熱交換器とバイパス路への通水量の総量は変化させずに、その比率のみを変化させる。例えば、ガス量を絞って出湯温を下げる場合には、熱交換器への通水量を減少させバイパス路への通水量を増加させることによって、低入水温時であっても熱交換器でのドレン発生を抑制する。また、ガス量を増加させて出湯温を上げる場合には、熱交換器への通水量を増加させバイパス路への通水量を減少させることによって、高入水温時であっても熱交換器内での沸騰を抑制する。
【０００９】
また、本発明の請求項２記載の湯沸器は、ガス量調整手段を操作することによってバーナへの供給ガス量が変化するのに応じて、連動手段が水量比率調整手段を調整し、自動的に、熱交換器への通水量とバイパス路への通水量との総量は変化させずに、その比率のみを変化させる。
【００１０】
また、本発明の請求項３記載の湯沸器は、水量調整手段により、熱交換器への通水量を一定に保ったままバイパス路への通水量を調整することによって、給湯温度を調節するため、水量調整によっても、ドレンの発生や沸騰といった問題は生じない。さらに、熱交換器への通水量を一定に保ったままバイパス路への通水量を絞っていき、バイパス路への通水が略停止される状態に達すると、水量調整手段が熱交換器への通水量の絞り動作を開始する。このため、バイパス路への通水を停止し、さらに熱交換器への通水量を減少させることによって、より高温の出湯いわゆるボイリング出湯が可能となる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の湯沸器の好適な実施形態について説明する。
【００１２】
図１は、一実施形態としての元止め式瞬間湯沸器１００の概略構成図であり、図２は、湯沸器１００の外観図である。
器具正面には、点消火操作，水量調整及び出湯温調節するための操作ボタン１と、ガス量調節レバー２１とが設けられる。操作ボタン１は、プッシュ式ボタンではあるものの回動自在に設けられ、点消火操作はプッシュ操作により、出湯温調節及び水量調整は回し操作により行われる。器具本体ケースには、操作ボタン１の周囲に温調用の目盛りが印刷されており、操作ボタン１のツマミ１ａをあわすことにより出湯温及び水量が無段階調節される。
器具本体内には、図１に示すように操作ボタン１のプッシュ操作に連動して動作するレバー２と、このレバー２の動作のよりＯＮ／ＯＦＦするレバースイッチ２８が設けられる。
水入口９からの給水経路には、操作ボタン１による手動操作によってレバー２を介して流路を開閉する水栓８が設けられ、その下流には水圧応動装置１０が設けられる。水圧応動装置１０には、前後に移動自在なダイアフラム２２が設けられ、このダイアフラム２２で仕切って一次圧室１２と二次圧室１７とが形成される。
また、水圧応動装置１０の一次圧室１２への入路には、ダイアフラム２２と同軸上に、給水圧の変動が生じても一定流量以下に制限する水ガバナ１１が設けられる。
また、一次圧室１２から続く流路には、水量調整部２５が設けられる。この水量調整部２５についての詳細は後述する。
水量調整部２５で流路は２方向に分岐され、一方には熱交換器１６への給水管３３が、もう一方には熱交換器１６からの出湯管３５に接続されるバイパス管３４が設けられる。
【００１３】
給水管３３の途中にはベンチュリー１５が設けられる。ベンチュリー１５は、流路を絞ると共に、流路と直角方向に横孔が設けられ水圧応動装置１０の二次圧室１７に通じている。ベンチュリー１５へ通水されると、ベンチュリー効果によって横孔の水圧に応じて二次圧室１７の圧力が低下する。
従って、一次圧室１２と二次圧室１７間に差圧が生じて、前後に変位自在なダイアフラム２２に変位力（前進力）を（図の左方向へ）発生させる。
また、ダイアフラム２２には、その変位を伝える突棒１８がダイアフラム２２に当接して設けられる。そして、突棒１８の両側には突棒１８の動作に連動して、ＯＮ／ＯＦＦする水圧スイッチＡ２６，水圧スイッチＢ２７が設けられる。
【００１４】
熱交換器１６を加熱するメインバーナ２０へのガス供給経路には、燃焼中に１次熱電対２３と２次熱電対２４の合成熱起電力によって開弁状態を保ち、燃焼異常が発生すれば合成熱起電力が低下することにより閉弁するマグネット安全弁３が設けられる。また、この下流には、水圧応動装置１０と連動してガス流路を開閉する水圧応動弁１９が設けられ、更に下流には、操作ボタン１のプッシュ操作によってガス流路を開閉する器具栓４が設けられる。
また、器具栓４下流の流路は分岐され、燃焼状態を検出するセンシングバーナ７への流路と、メインバーナ２０に通じる流路とが設けられる。メインバーナ２０へ通じる流路には、供給ガス圧の変動が生じてもガス流量を一定に保つガスガバナ２９とメインバーナ２０への供給ガス量を調節するガス量調節軸３１が設けられる。ガス量調節軸３１はガス量調節レバー２１を左側の能力小の位置から右側の能力大の位置まで動かすことによって無段階で操作される。
また、メインバーナ２０には、連続スパークによりメインバーナ２０に点火する電極５と点火を検知するフレームロッド３０が設けられる。
【００１５】
次に、出湯操作について説明する。
操作ボタン１を押すと、レバースイッチ２８がＯＮしレバー２に連動して器具栓４及び水栓８が開き通水が開始される。
水入口９より流入した水はストレーナ６、水ガバナ１１、一次圧室１２を通り水量制御部２５より、一方は給水管３３を経て熱交換器１６へ、他方はバイパス管３４を通って出湯管３５からの湯と混合される。
【００１６】
ベンチュリー１５を通ることにより二次圧室１７の圧力を下げ一次圧室１２との差圧によりダイアフラム２２が二次圧室１７側に動作し、突棒１８を押し、これに係止されたマグネット開弁機構１４によりマグネット安全弁３が開弁すると同時に水圧スイッチＡ２６がＯＮする。マグネット安全弁３が全開になるとマグネット開弁機構１４は突棒１８より離脱しマグネット安全弁３の閉弁時に邪魔にならない所定の位置まで戻る。更に突棒１８が押されると水圧応動弁１９が開き、それと同時に水圧スイッチＢ２７がＯＮし電極５からの連続スパークによりメインバーナ２０及びセンシングバーナ７に着火する。メインバーナ２０に着火すれば点火初期にはフレームロッド３０が検知してマグネット安全弁３の開弁状態を維持し、一定時間経過後には１次熱電対２３と２次熱電対２４の合成熱起電力によって開弁状態が維持され、燃焼が維持される。
出湯状態において再度、操作ボタン１を押すと、レバー２に連動している器具栓４及び水栓８が閉じ、ガス通路及び水通路を遮断し出湯を停止する。
【００１７】
次に、水量調整部２５について詳述する。
水量調整部２５は、図３に示すように、内側に円筒状の水量調節軸１３、外側に円筒状の比率調節軸３２を同軸上に回動可能に重ね合わせた２重管を分岐管として給水管３３とバイパス管３４とを備えた水路管３６内に収納して構成され、水量調節軸１３の内側が給水経路の一部となる。そして、水量調節軸１３と比率調節軸３２との間にＯリング１３Ｂを、比率調節軸３２と水路管３６との間にＯリング３２Ｂをはめこむことにより水密が保たれる。また、水量調節軸１３と比率調節軸３２には、水路管３６とは反対側の先端にそれぞれ水量ギヤ１３Ａと比率ギヤ３２Ａが設けられる。この水量ギヤ１３Ａは、操作ボタン１に設けられたギヤ１Ａと噛合しており、操作ボタン１のまわし操作に連動して水量調節軸１３を回転させる。一方、比率ギヤ３２Ａは、ガス量調節レバー２１に設けられたギヤ２１Ａと噛合しており、ガス量調節レバー２１を左右に手動操作するのと連動して比率調節軸３２を回転させる。つまり、比率調節軸３２は、ガス量調節軸３１と連動して動作する。
水量調節軸１３には、給水管３３への開口（以下、給水開口）面積を調節する水量給水スリット１３ａと、バイパス管３４への開口（以下バイパス開口）面積を調節する水量バイパススリット１３ｂが設けられる。同様に比率調節軸３２には、給水開口面積を調節する比率給水スリット３２ａと、バイパス開口面積を調節する比率バイパススリット３２ｂが設けられる。水量給水スリット１３ａと比率給水スリット３２ａと給水管３３の開口とが重なり合うことによって給水開口面積が規定される。また、水量バイパススリット１３ｂと比率バイパススリット３２ｂとバイパス管３４の開口とが重なり合うことによってバイパス開口面積が規定される。
【００１８】
次に、水量調節軸１３と比率調節軸３２と給水管３３との重なりの変化による給水開口面積とバイパス開口面積の変化の様子を図４（能力大時）及び図５（能力小時）を用いて説明する。
図４と図５は、能力大時と能力小時とにおいて、操作ボタン１をまわしてツマミ１ａ位置を低温から熱湯冬まで変化させた時に水量調節軸１３が回転し給水開口面積とバイパス開口面積が変化する様子を示している。また、ガス量調節レバー２１を能力大から能力小に動作させ、比率調節軸３２を回転させると、給水開口面積とバイパス開口面積は図４の状態から図５の状態に変化する。つまり、その総和は変らずにその比率のみが変化する。
給水管への流量は、水量給水スリット１３ａ、比率給水スリット３２ａ、給水管３３が内側から外側に向かって重なり合っているため、水量給水スリット１３ａと比率給水スリット３２ａの重なりと比率給水スリット３２ａと給水管３３の重なりとの小さい方の面積によって規定される。この流量を規定する面積が、給水開口面積である。また、バイパス管への流量も同様に考えられ、この流量を規定する面積がバイパス開口面積である。図４,５中のスリットの重なり中の斜線部が開口面積である。
【００１９】
まず、比率調節軸３２は動かさずに、水量調節軸１３を回転させた時について説明する。ガス量調節レバー２１を能力大で固定し、操作ボタン１を低温側から高温側に回していくと水量調節軸１３のみが回転し、図４に示す様に比率調節軸３２に設けられた比率給水スリット３２ａと比率バイパススリット３２ｂは動かずに、水量調節軸１３に設けられた水量給水スリット１３ａと水量バイパススリット１３ｂが移動する。この時、図４の低温→１→３の欄に示すように水量給水スリット１３ａと比率給水スリット３２ａとの重なりの面積は減少していくが、比率給水スリット３２ａと給水管３３との重なりの面積は変化せず、後者の重なりの方が小さいために給水開口面積は変化しない。そして、水量バイパススリット１３ｂと比率バイパススリット３２ｂとの重なりの面積は減少していき、比率バイパススリット３２ｂとバイパス管３４との重なりの面積は変らないが前者重なりの方が小さいのでバイパス開口面積は減少していく。（但し、ツマミ１ａ位置が低温の場合には、後者の重なりの方が小さくなるので、後者の重なりがバイパス開口面積となる。）すなわち、内胴通過水量は変化せずにバイパス水量が減らされることによって、出湯量が少なくなり、出湯温は高くなる。さらに、バイパス開口面積が０になった後にさらに操作ボタン１を回転させ熱湯まで持っていくと、熱湯夏と熱湯冬の欄に示すように給水開口面積が減少することによって内胴通過水量が減少し更に高温の湯を得ることができ、いわゆるボイリング出湯ができる。
【００２０】
次に、操作ボタン１による水量調整は行わずに、ガス量調節レバー２１を操作して比率調節軸３２を回転させた場合について説明する。
ガス量調節レバー２１を能力大の位置（図４）から能力小の位置（図５）に動かしてガス量を絞ると、出湯量は変化させずに出湯温を低くすることができる。この時、連動して比率調節軸３２が回転し、図４の状態から図５の状態へと比率給水スリット３２ａと比率バイパススリット３２ｂが移動して、給水開口面積とバイパス開口面積の合計はかわらずに、給水開口面積は減少しバイパス開口面積は増加することによって、内胴通過水量が減少しバイパス水量が増加する。この内胴通過水量の減少分は供給ガス量の減少分に対応しているため、内胴出口温を一定の高温にたもったまま出湯温を低くできる。
これによって、ガス量を変化させても内胴通過水量とバイパス管３４への通過水量が変化しない従来の湯沸器における課題、つまり、ガス量を絞って出湯温を低くすると内胴通過水量が一定であるから内胴出口温も低くなってしまい能力小時の特に低入水温時にフィン温度が低下しドレンが発生しやすいという課題を解決できる。このようにしてドレン発生を抑制することによってドレン発生に対する余裕度が広がるので、熱交換器１６のフィンの枚数を増やし伝熱面積を増やすことができ熱効率を向上させることが可能となる。
また、ガス量が多い能力大時には、内胴通過水量を多くしバイパス水量を減らすことによって熱交換器１６での沸騰を抑制することができる。このため、沸騰に対する余裕度が広がり、熱交換器１６のフィンの枚数を増やし伝熱面積を増やすことができ熱効率を向上させることが可能となる。
また、ガス量は５号〜２．５号の能力範囲で無段階に調節することができ、給水開口面積とバイパス開口面積の比もガス量の変化に応じて無段階に調節される。この時の変化の比率は、ガス量によって内胴出口温が変化しないようにあらかじめ決められている。
【００２１】
以上説明したように、本実施形態の湯沸器によれば、ガス量調節レバー２１を手動操作してガス量調節軸３１を動かし、ガス量が変化するのに連動して、比率調節軸３２が動き、内胴通過水量とバイパス水量の総和は変化せずに、その比率のみが変化することによって内胴出口温を一定に保ったまま出湯温を変化させることができる。したがって、ガス量が少ない時には、内胴通過水量を増やしバイパス水量を減らすことによって熱交換器１６でのドレンの発生を抑制することができ、ガス量が多い時には、内胴通過水量を減らしバイパス水量を増やすことによって熱交換器１６での沸騰するのを抑制することができる。すなわち、ドレンの発生と熱交換器１６での沸騰に対する余裕度が広がるので、熱交換器１６の伝熱面積を増やすことができ熱効率向上の要求に応えることができる。
【００２２】
また、ガス量一定のままで操作ボタン１を手動操作して水量調節軸１３を動かすことによって、内胴通過水量を一定に保ったままバイパス水量を変化させて出湯温を変えることができる。この場合には、出湯量も高温出湯の時には多くなり低温出湯の時には少なくなるように変化する。さらに、バイパス開口面積が０になった後にさらに操作ボタン１を回転させ熱湯まで持っていくと、給水開口面積が減少することによって内胴通過水量が減少し更に高温の湯を得ることができ、いわゆるボイリング出湯ができる。
【００２３】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
【００２４】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項１記載の湯沸器によれば、バーナへの供給ガス量を変化させ、熱交換器への通水量とバイパス路への通水量の総和は一定に保ったままその比率を変化させることによって出湯温が調節できる。そして、バーナへの供給ガス量を少なくして出湯温を低くする場合には、熱交換器への通水量を減少させバイパス路への通水量を増加させることによって、特に低入水温時の熱交換器でのドレン発生を抑制できる。また、供給ガス量を多くして出湯温を高くする場合には、熱交換器への通水量を増加させバイパス路への通水量を減少させることによって、特に高入水温時の熱交換器での沸騰を抑制できる。このため、ドレンの発生と沸騰に対する余裕度が広がるので、熱交換器の伝熱面積を増やすことができ、熱効率を向上させることが可能となる。
【００２５】
更に、本発明の請求項２記載の湯沸器によれば、ガス量調整手段を操作するだけで、自動的に、熱交換器への通水量とバイパス路への通水量の比率が変化するため、操作が非常に簡単である。
【００２６】
更に、本発明の請求項３記載の小型湯沸器によれば、熱交換器への通水量を一定に保ったままバイパス路への通水量を変化させることにより出湯温調節ができる。さらに、バイパス路への通水を停止した後に、熱交換器への通水量を減少させることができ、より高温の出湯いわゆるボイリング出湯が可能となる。これらによってより使い勝手が良い湯沸器となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態としての小型湯沸器の概略構成図である。
【図２】本実施形態としての小型湯沸器の外観図である。
【図３】本実施形態の水量調整部の構成図である。
【図４】本実施形態の水量調節軸と比率調節軸と給水管及びバイパス管との重なりの変化を示した説明図である。
【図５】本実施形態の水量調節軸と比率調節軸と給水管及びバイパス管との重なりの変化を示した説明図である。
【符号の説明】
１…操作ボタン、１ａ…ツマミ、１３…水量調節軸、１３a…水量給水スリット、１３b…水量バイパススリット、１６…熱交換器、２０…メインバーナ、２１…ガス量調節レバー、２５…水量制御部、３１…ガス量調節軸、３２…比率調節軸、３２a…比率給水スリット、３２b…比率バイパススリット、３３…給水管、３４…バイパス管、３５…出湯管、３６…水路管。
【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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