(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、そのバイパス管と前記出湯管との接続部分に、前記バイパス管からの水量を制御可能な制御弁と、前記出湯管内の湯の温度に応じて動作して前記制御弁の弁体を連動させる形状記憶合金バネとを設け、前記形状記憶合金バネによる前記制御弁の開閉制御により、前記バイパス管から前記出湯管への水量を調整可能としたバイパスミキシング式給湯器であって、
前記弁体に、前記出湯管内に突出する弁軸を連結して、その弁軸の端部に固着された連動板を、対向して配置された前記形状記憶合金バネとコイルバネとで挟持させて、前記形状記憶合金バネの動作に前記弁体を連動させる一方、
前記弁軸の中間位置に、ストッパを周設すると共に、前記弁軸に直交状に遊貫されて前記ストッパへの当接位置へ付勢される動作制御板を設け、その動作制御板に、前記ストッパとの当接位置で閉塞される透孔と、前記ストッパとの当接に関わりなく開放した連通孔とを夫々形成して、
前記弁体の閉弁方向への移動時には、前記動作制御板から前記ストッパが離れて前記透孔を開放することで、前記弁軸を前記形状記憶合金バネの動作に追従させて前記弁体を閉弁方向へ素早く移動させる一方、前記弁体の開弁方向への移動時には、前記透孔を前記ストッパによって閉塞することで、前記動作制御板に湯の抵抗を受けさせて前記弁軸の動作を前記形状記憶合金バネの動作に対して遅れさせ、前記弁体の所定の開度への到達を遅らせる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、熱交換器に接続される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、出湯管との接続部分に設けた制御弁でバイパス管からの水量を制御することで、熱交換器からの内胴出口温度を所定範囲に制御可能とした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、バイパス管から出湯管への水出口に制御弁を設け、その制御弁のストロークを、バイパス管からの水と熱交換器からの湯とを混合した後の温度（以下「ミキシング温度」という）によってバネ定数を変化させる熱応動部材としての形状記憶合金バネと、その形状記憶合金バネに対向して配置されるバイアスバネとのバランスで制御することで、器具への全流量に対するバイパス管の流量の比（バイパス率）を調整して、熱交換器からの内胴出口温度を、熱交換器にドレンを発生させない下限温度（例えば４７℃）から、沸騰を起こさせない上限温度（例えば８５℃）の範囲内に制御可能としている。
図３（Ｂ）は、設定温度が５０℃の場合で、給湯中の内胴出口温度Ｔ1 、形状記憶合金バネが感知するミキシング温度Ｔ2 、そして器具からの出湯温度Ｔ3 の夫々の変化を示すグラフで、形状記憶合金バネは作動開始温度が５３℃のものが用いられ、この作動によりバイパス率が、５３℃以上で１０％、５３℃以下で４０％となるように調整されている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
同図のグラフにおいて、例えばユーザーによる蛇口の開度の変更等で器具内の流量が減少すると（ａ点）、バイパス率が変わらなくても内胴出口温度Ｔ1 が上昇し、ミキシング温度Ｔ2 や出湯温度Ｔ3 を上昇させてしまうことがある。このため、ミキシング温度Ｔ2 が５３℃に達するｂ点で形状記憶合金バネが応動して制御弁が連動し、バイパス率が１０％になることで熱交換器側の流量が増加する。ところが、給水管から熱交換器を通って出湯管のバイパス管接続口までの配管長さにより、制御弁が連動してバイパス率が即低下しても、流量増加による内胴出口温度Ｔ1 の低下の影響が現われるまでに時間的な遅れが生じるため、ミキシング温度Ｔ2 及び出湯温度Ｔ3 はｂ点経過後も上昇し、内胴出口温度Ｔ1 の低下の影響が現われるｃ点付近から遅れて下降を開始する。そして、ミキシング温度Ｔ2 が５３℃まで下降するｄ点で、形状記憶合金バネが応動して制御弁が開弁し、バイパス率を４０％に増加させるため、今度は熱交換器への流量が減少して内胴出口温度Ｔ1 を上昇させるが、この場合も流量減少による内胴出口温度Ｔ1 の上昇の影響が現われるタイミングの遅れにより、ミキシング温度Ｔ2 と出湯温度Ｔ3 とはｄ点経過後も下降を続け、ｅ点では設定温度を下回ってしまう。
その後、内胴出口温度Ｔ1 の上昇により、ミキシング温度Ｔ2 と出湯温度Ｔ3 とが反転して上昇し、５３℃（ｆ点）で再び制御弁が閉弁してバイパス率が１０％になっても、ｂ点と同様に流量増加による内胴出口温度Ｔ1 の低下の影響が遅れるため、ミキシング温度Ｔ2 や出湯温度Ｔ3 は上昇を続け、設定温度を大きく上回ることになる。そして、流量増加で内胴出口温度Ｔ1 が低下を始めた後、遅れてミキシング温度Ｔ2 と出湯温度Ｔ3 とが低下し始める。
このように、使用状況等による流量変化で一旦内胴出口温度Ｔ1 が変化することで、形状記憶合金バネが反応してバイパス率が不必要に変化し、出湯温度Ｔ3 のハンチングを招く結果となっている。
【０００４】
そこで、請求項１に記載の発明は、このような流量変化等によるバイパス率の不必要な変化をなくし、安定した出湯温制御が可能となるバイパスミキシング式給湯器を提供することを目的としたものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、制御弁の弁体に、出湯管内に突出する弁軸を連結して、その弁軸の端部に固着された連動板を、対向して配置された形状記憶合金バネとコイルバネとで挟持させて、形状記憶合金バネの動作に弁体を連動させる一方、弁軸の中間位置に、ストッパを周設すると共に、弁軸に直交状に遊貫されてストッパへの当接位置へ付勢される動作制御板を設け、その動作制御板に、ストッパとの当接位置で閉塞される透孔と、ストッパとの当接に関わりなく開放した連通孔とを夫々形成して、弁体の閉弁方向への移動時には、動作制御板からストッパが離れて透孔を開放することで、弁軸を形状記憶合金バネの動作に追従させて弁体を閉弁方向へ素早く移動させる一方、弁体の開弁方向への移動時には、透孔をストッパによって閉塞することで、動作制御板に湯の抵抗を受けさせて弁軸の動作を形状記憶合金バネの動作に対して遅れさせ、弁体の所定の開度への到達を遅らせるようにしたことを特徴とするものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
以下本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、バイパスミキシング式給湯器（以下「給湯器」と略称する）の概略を示すもので、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センサ７とが、出湯管５には、出湯温度を検出する出湯温センサ８が夫々設けられて、図示しないコントローラに接続されている。このコントローラは、入水温センサ７や出湯温センサ８から得られる検出信号に基づいて、ユーザーが設定する温度で出湯さ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。
【０００７】
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、バルブユニット１０が形成されている。バルブユニット１０は、出湯管５より一回り小さい筒状のユニット本体１１に、バイパス管９からの水出口１３から出湯管５内に開口する弁座１４まで至る水通路１２を形成しており、弁座１４には、水通路１２を開閉可能な弁体１５が配置されている。又、弁体１５には、水通路１２を仕切る隔壁１７を貫通してユニット本体１１の下方に伸びる弁軸１６が連結され、弁軸１６の下端に円盤状の連動板１８を直交状に固着している。更に、連動板１８の上方には、バネ受１９に上端を係止された熱応動部材としての形状記憶合金バネ２０が、連動板１８の下方には、バネ受２１に下端を係止された普通のコイルバネであるバイアスバネ２２が夫々配置されて、形状記憶合金バネ２０とバイアスバネ２２とのバランスにより連動板１８を支持させている。加えて、ユニット本体１１における形状記憶合金バネ２０の側方には、湯入口２３が形成される一方、ユニット本体１１の下端には湯出口２４が形成されて、出湯管５内の湯がユニット本体１１内を通過可能としている。
【０００８】
一方、ユニット本体１１内における隔壁１７の下方には、抵抗体としての動作制御板２５が配置されている。動作制御板２５は、図２にも示す如く、ユニット本体１１の内径より僅かに小さい円盤状を呈し、ユニット本体１１内を仕切る格好で弁軸１６に直交状に遊貫されると共に、隔壁１７との間に配置されたコイルバネ２６により、弁軸１６に沿って下方へ付勢され、弁軸１６の中間位置に周設された円形のストッパ２７により、常態ではストッパ２７に当接する下限位置に規制される。又、動作制御板２５における弁軸１６の貫通部分の周囲には、複数の透孔２８，２８・・が放射状に周設されている。この透孔２８，２８・・は、対向するストッパ２７の面積より小さくなるように、即ち動作制御板２５の下限位置では、ストッパ２７に完全に閉塞される位置及び大きさとなっている。更に、動作制御板２５においてストッパ２７との当接部分を回避した位置には、連通孔２９が開放状態で形成されている。
【０００９】
以上の如く構成された給湯器１においては、熱交換器４で加熱されて出湯管５内に送り出された湯は、バイパス管９から水通路１２を経て出湯管５内に供給される水と混合された後、湯入口２３からユニット本体１１内に進入する。すると形状記憶合金バネ２０は、そのミキシング温度に応じてバネ定数を変化させ、反対側のバイアスバネ２２とバランスする位置で、連動板１８即ち弁軸１６のストロークを決定し、弁体１５による弁座１４の開度即ちバイパス率を決定する。ここでは、形状記憶合金バネ２０の動作開始温度を５３℃としており、ミキシング温度が５３℃以上になると、形状記憶合金バネ２０は伸長して弁軸１６と共に弁体１５を押し下げ、弁座１４の開度を小さく或は閉状態にして、バイパス率を１０％以下に設定し、ミキシング温度が５３℃を下回ると、形状記憶合金バネ２０は収縮して弁軸１６と共に弁体１５を押し上げ、弁座１４の開度を大きくして、バイパス率を４０％以上に設定する。こうして熱交換器４からの内胴出口温度を、ドレンの発生や沸騰を生じさせない範囲（例えば４７℃〜８５℃の範囲）に調整可能としている。
そして、動作制御板２５は、閉弁方向即ち弁軸１６の押し下げ時には、連通孔２９に加え、ストッパ２７と動作制御板２５との間からも透孔２８，２８・・を介して湯を通過させるため、弁軸１６及び動作制御板２５は形状記憶合金バネ２０の伸長に追従して下降し、弁座１４を素早く閉弁させる。一方、開弁方向即ち弁軸１６の押し上げ時には、動作制御板２５の透孔２８，２８・・の下面がストッパ２７によって閉塞され、動作制御板２５の上下は連通孔２９のみによって連通されるため、動作制御板２５は湯の抵抗を受けて弁軸１６の上昇を遅れさせ、形状記憶合金バネ２０に連動して動作を開始しても、所定の開弁位置への到達までに時間がかかり、形状記憶合金バネ２０の動作に対して遅れることになる。
【００１０】
こうして動作制御板２５によって所定の開度への動作完了を遅らせることによる効果を、図３（Ａ）のグラフで説明する。これも同図（Ｂ）のグラフと同様に、ユーザーによる蛇口の開度の変更等でａ点で器具内の流量が減少することで、バイパス率がそのままで内胴出口温度Ｔ1 が上昇し、ミキシング温度Ｔ2 と出湯温度Ｔ3 （ミキシング温度Ｔ2 と出湯温度Ｔ3 とは略同調して変化するためここでは出湯温度Ｔ3 のみ示す）を上昇させると、動作開始温度（５３℃）に達するｂ点で形状記憶合金バネ２０が動作し、弁体１５が閉弁方向へ素早く移動してバイパス率を１０％に変化させる。よって、熱交換器４への流量は増加し、内胴出口温度Ｔ1 は低下を始める。この場合も流量増加による内胴出口温度Ｔ1 の低下の影響が形状記憶合金バネ２０に伝わるまで時間的な遅れが生じるため、ｂ点経過後もミキシング温度Ｔ2 と出湯温度Ｔ3 は上昇を示し、影響が現われるｃ点付近から下降を開始する。そして、ミキシング温度Ｔ2 が５３℃まで下降するｄ点では、形状記憶合金バネ２０の動作により弁体１５が開弁方向に移動してバイパス率を４０％に増加させるが、このとき、先述した動作制御板２５による抵抗で弁体１５が徐々に開弁するため、熱交換器４への流量減少が緩やかに行われる。よって、内胴出口温度Ｔ1 の反転後の上昇勾配も緩やかになる。一方、出湯温度Ｔ3 も緩やかに下降するため、設定温度を下回るまでの下降を生じさせず、又、内胴出口温度Ｔ1 が急上昇しないため出湯温度Ｔ3 の反転上昇も生じさせない。よって、ミキシング温度Ｔ2 及び出湯温度Ｔ3 はそのまま設定温度を維持することになる。更に、内胴出口温度Ｔ1 も沸騰限界内で安定する。
【００１１】
このように、上記形態によれば、流量変化等使用状況に変化が生じることがあっても、動作制御板２５によって弁体１５を徐々に開弁させることで、内胴出口温度Ｔ1 とミキシング温度Ｔ2 との急激な変化がなくなると共に、両者の温度変化のタイミングの大きなずれもなくなり、不必要なバイパス率の変化が防止できる。よって、出湯温度Ｔ3 が安定してハンチングが生じず、使い勝手の良い給湯器を構成可能となる。又、動作制御板２５の採用によって、開弁方向での動作遅延を簡単に実現することができる。
【００１２】
尚、動作制御板２５の移動速度は、連通孔２９の大きさにより適宜調整できるし、例えば、大きめの連通孔を段階的或は無段階に開閉できるスライド板等を設けたり、同じ透孔を形成した別の調整板を同軸で重ね合わせ、調整板の回転で透孔の重合をずらせたりして開口面積を調整可能とし、開弁までの所要時間を簡単に変更できるようにしても良い。
【００１３】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、流量変化等使用状況に変化が生じることがあっても、動作制御板によって制御弁の弁体の所定の開度への到達を遅らせるようにしたことで、内胴出口温度とミキシング温度との急激な変化がなくなると共に、両者間の温度変化のタイミングの大きなずれもなくなり、不必要なバイパス率の変化が防止できる。よって、出湯温度が安定してハンチングが生じず、使い勝手の良い給湯器を構成可能となる。特に、動作制御板の採用により、弁体の動作遅延が簡単に実現可能となる。
【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図である。
【図２】動作制御板を下方からみた説明図である。
【図３】（Ａ）上記形態における器具内の温度変化を示すグラフである。
（Ｂ）従来の給湯器における器具内の温度変化を示すグラフである。
【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・・バルブユニット、１１・・ユニット本体、１２・・水通路、１４・・弁座、１５・・弁体、１６・・弁軸、２０・・形状記憶合金バネ、２２・・バイアスバネ、２５・・動作制御板、２９・・連通孔。
【図１】
0003936800.tif 000002
【図２】
0003936800.tif 000003
【図３】
0003936800.tif 000004