(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路と、前記熱交換器から湯を送出する出湯路とを備える一方、前記給水路と出湯路との間に、前記熱交換器をバイパスするバイパス路を接続し、更に、前記給水路又は出湯路の何れか一方の通路内に、器具内へ供給された水又は湯の圧力によって動作する受圧体と、その受圧体に連動して前記器具内へのトータル水量を可変制御する可動弁体とからなる定流量弁を設けたバイパスミキシング式給湯器であって、
前記受圧体を、前記可動弁体より前記熱交換器側に配置すると共に、前記受圧体に透孔を設けて前記熱交換器への水量を固定する一方、前記バイパス路を、前記受圧体と前記可動弁体による前記トータル水量の制御位置との間に接続すると共に、前記バイパス路に、前記バイパス路内の水量を制御可能なバイパス絞り弁と、前記バイパス路を流れる水の温度に応じて動作し、前記バイパス絞り弁を連動させる熱応動部材とを設け、前記バイパス絞り弁による前記バイパス路内の水量制御によって前記受圧体への圧力を変化させ、前記トータル水量の制御を可能としたことを特徴とするバイパスミキシング式給湯器。
【請求項２】
バイパス路に所定の設定温度で開閉動作する電磁弁を設けた請求項１に記載のバイパスミキシング式給湯器。
【請求項３】
バイパス路にバイパス絞り弁を迂回する並列路を設け、前記並列路に、所定の設定温度で開閉動作する電磁弁を設けた請求項１に記載のバイパスミキシング式給湯器。
【請求項４】
バイパス路に、熱交換器を通過する湯又は水の流れに合流する戻し通路を設け、バイパス絞り弁に設けた第二弁体で前記戻し通路の流量も可変制御させる一方、前記バイパス路に、前記バイパス絞り弁の両弁体の間に開口する並列路を並設し、その並列路に所定の設定温度で開閉動作する電磁弁を設けた請求項１に記載の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路と出湯路との間に、熱交換器をバイパスするバイパス路を接続し、そのバイパス路から出湯路へ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は、バイパス路内の水量を制御することで、器具へのトータル水量に対するバイパス路内を流れる水量の比、即ちバイパス率を調整して、熱交換器からの湯の温度（以下「内胴出口温度」という）を、熱交換器にドレンを発生させない下限温度（例えば４６℃）から、沸騰を起こさせない上限温度（例えば８５℃）の範囲内に制御することを目的としている。このバイパス路内の水量制御の態様として、特開平９−２２２２６３号公報に開示の如く、バイパス路に、入水温度で荷重を変化させる形状記憶合金バネに連動してバイパス路内の抵抗を可変するバイパス絞り弁を設けると共に、これを器具内へ供給された水又は湯の圧力によって動作する受圧体と、その受圧体に連動して器具内へのトータル水量を可変制御する可動弁体とからなる定流量弁と組み合わせて、バイパス絞り弁のストロークでトータル水量も同時に変化させる水温感応型定流量弁を採用した発明が知られている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記発明によれば、入水温度が低い場合には、トータル水量とバイパス率とが低く抑えられる一方、入水温度が高い場合には、トータル水量とバイパス率とが増加される。よって、入水温度が低く設定温度が高い場合でも内胴出口温度は高くなり過ぎず、逆に入水温度が高く設定温度が低い場合でも内胴出口温度は低くなり過ぎない傾向となる。しかし、上記水温感応型定流量弁においては、バイパス絞り弁の動作でトータル水量が調整された後で可動弁体による熱交換器側への水量調整が行われるため、トータル水量が変化することで熱交換器側への水量も同時に変化して内胴出口温度が不必要に変動しやすく、適正なバイパス率を設定しても沸騰限界やドレン限界を超える虞れが生じてしまう。又、トータル水量の制御はバイパス絞り弁がメインとして働くため、トータル水量が少なくなり、器具能力を十分に発揮できない。更に、バイパス絞り弁と定流量弁との組み合わせ構造が複雑化して製造コストもかかるものとなる。
【０００４】
そこで、請求項１に記載の発明は、内胴出口温度の不必要な変動なくバイパス率とトータル水量との調整を簡単な構成で可能とするのに加え、トータル水量を有効に制御可能として器具能力を効果的に発揮でき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、前記受圧体を、前記可動弁体より前記熱交換器側に配置すると共に、前記受圧体に透孔を設けて前記熱交換器への水量を固定する一方、前記バイパス路を、前記受圧体と前記可動弁体による前記トータル水量の制御位置との間に接続すると共に、前記バイパス路に、前記バイパス路内の水量を制御可能なバイパス絞り弁と、前記バイパス路を流れる水の温度に応じて動作し、前記バイパス絞り弁を連動させる熱応動部材とを設け、前記バイパス絞り弁による前記バイパス路内の水量制御によって前記受圧体への圧力を変化させ、前記トータル水量の制御を可能としたことを特徴とするものである。
請求項２に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、より広いバイパス率の調整範囲を確保してドレン防止、沸騰防止性能を向上させると共に、トータル水量をより多く制御可能とするために、バイパス路に所定の設定温度で開閉動作する電磁弁を設けたものである。
【０００６】
請求項３に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、より広いバイパス率の調整範囲を確保してドレン防止、沸騰防止性能を向上させると共に、トータル水量をより多く制御可能とするために、バイパス路にバイパス絞り弁を迂回する並列路を設け、前記並列路に、所定の設定温度で開閉動作する電磁弁を設けたものである。
請求項４に記載の発明は、請求項１の目的に加えて、より広いバイパス率の調整範囲を確保してドレン防止、沸騰防止性能を向上させると共に、トータル水量を略器具能力最大まで制御可能とするために、バイパス路に、熱交換器を通過する湯又は水の流れに合流する戻し通路を設け、バイパス絞り弁に設けた第二弁体で前記戻し通路の流量も可変制御させる一方、前記バイパス路に、前記バイパス絞り弁の両弁体の間に開口する並列路を並設し、その並列路に所定の設定温度で開閉動作する電磁弁を設けたものである。
【０００７】
【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。
《形態１》
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、上水道に接続されて給水路を内設する給水管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路を内設する出湯管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、コントローラ９に電気的接続されている。このコントローラ９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いて、リモコン１０でユーザーが選択する設定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）の開度を制御する等周知の出湯温制御を行うものである。
【０００８】
そして、給水管２には定流量弁として水ガバナ１１が設けられる。水ガバナ１１には、水量センサ６の下流側にガバナ本体１２が形成され、このガバナ本体１２内に、水通路１３，１３を形成したカップ状の固定弁体１４が固着されており、固定弁体１４の内側に、固定弁体１４の弁座１５との間の開度を変更可能なカップ状の可動弁体１６が、固定弁体１４と開口を逆向きにした格好で配置されている。この可動弁体１６は、固定弁体１４の下流側でガバナ本体１２内にシール部材１７を介してスライド可能に設けられたリング状の受圧体１８の中央に固着されており、受圧体１８とその下流側のバネ押え２０との間に配したコイルバネ２１によって、上流側へ付勢される。尚、受圧体１８には複数の通水孔１９，１９が形成され、ここでの給水管２は、受圧体１８の下流側に接続されている。
【０００９】
一方、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路を内設するバイパス管２２が接続される。このバイパス管２２は、給水管２側では水ガバナ１１における受圧体１８と固定弁体１４の弁座１５との間に接続されて連通路２３を形成している。
又、バイパス管２２には、バルブガイド２４に遊嵌してスライド可能なバイパス絞り弁２５が、バイパス管２２内の絞り通路２６の開度を変更可能に設けられている。バイパス絞り弁２５は、その下流側に配置された熱応動部材としての形状記憶合金バネ２７と、バルブガイド２４との間で形状記憶合金バネ２７と対向状に配置された普通のコイルバネであるバイアスバネ２８とのバランスにより、ストロークが決定される。即ち、バイパス管２２への入水温度を感知した形状記憶合金バネ２７が、入水温度が高くなる程荷重を増加させて絞り通路２６の開度を大きくするものであるが、具体的には、入水温度１℃〜３０℃の範囲でバイパス率を最大２７％まで変化させる設定となっている。
【００１０】
以上の如く構成された給湯器１においては、水ガバナ１１から連通路２３を介してバイパス管２２内へ流れる入水温度に形状記憶合金バネ２７が反応し、バイパス絞り弁２５のストロークを制御して絞り通路２６の開度を可変すると、この開度の変更による抵抗の変化に伴って、受圧体１８へ加わる水圧が変化し、コイルバネ２１とのバランスで可動弁体１６のストローク、即ち、可動弁体１６による固定弁体１４の弁座１５の開度が決定され、給湯器１へ流れるトータル水量が決定されることになる。この関係を、トータル水量をＱ、受圧体１８の面積をＡ、通水孔１９，１９の面積をａ、絞り通路２６の面積をｂ、コイルバネ２１のバネ荷重をＷとすると、以下の数１で示すことができる。
【００１１】
【数１】
0003904742.tif 000002
【００１２】
このように給湯器１においては、受圧体１８の通水孔１９，１９により熱交換器４への流量は固定で、バイパス絞り弁２５で絞り通路２６の面積ｂが増加することで、バイパス率と共にトータル水量Ｑが増加する。即ち、水ガバナ１１の構造とそれに対するバイパス管２２の接続位置の設定により、熱交換器４への流量を変えずにバイパス率とトータル水量とを可変できる構造となって、内胴出口温度の不必要な変動を防止できる。又、水ガバナ１１は基本的にバイパス絞り弁２５と別構成となって構造が簡略化するため、製造コストの軽減に繋がる。
又、図２は、給湯器１において、出湯温度に対するトータル水量Ｑの最小値（左の曲線）と最大値（右の曲線）とを示すグラフで、例えば出湯温度６０℃の場合のトータル水量Ｑ（バイパス管２２がない場合）は、入水温度に対して、Ｑ＝４００／（６０−入水温度）の式によって表される。「４００」は、ガスバーナ３の最大火力の熱出力値（kcal／分）である。よって、入水温度が５℃の場合のＱは７．３リットル／分となる。しかし、ここでは、入水温度２５℃でバイパス絞り弁２５がバイパス率を２７％に増加して抵抗を減少させるため、同図下側のグラフのように、水ガバナ１１によるトータル水量を１０リットル／分まで増加させることができ、器具能力を有効に発揮できる。
尚、ここでは、バイパス率を最大２７％まで可変することで、熱交換器４の内胴出口温度を出湯温度より上昇させることができるため、ドレンの発生防止性能の向上にも繋がる。
【００１３】
上記形態１においては、バイパス絞り弁２５が殆ど開弁状態であるため、ドレン対策のためにバイパス率を増大させ過ぎると、高温出湯時に沸騰発生の虞れがあり、バイパス率を２７％までしか設定できない。よって、入水温度が高い場合、例えば２５℃では、計算上のトータル水量Ｑは１１．４３リットル／分でありながら、器具能力を十分発揮できていないことになる。そこで、トータル水量をより多くして能力を向上できる実施の形態を以下形態２〜形態４として説明する。尚、給湯器の主な構成は上記形態１と同じであるため、バイパス管２２の内部構造のみ示し、又、同じ符号は同じ構成部を示すため、説明は省略する。
《形態２》
図３に示す如く、バイパス管２２におけるバイパス絞り弁２５の下流側には、電磁弁２９が設けられている。この電磁弁２９は、ダイヤフラム弁３０を有するプランジャ３１を、常態でバイパス管２２を閉塞するようにコイルバネ３２で付勢すると共に、プランジャ３１を動作させる電磁コイル３３を配したもので、コントローラ９による電磁コイル３３への通電制御で、プランジャ３１がコイルバネ３２の付勢に抗して後退し、ダイヤフラム弁３０がバイパス管２２を開放するものとなる。但し、この開弁動作は、リモコン１０による設定温度が５０℃未満の場合にのみ行われ、設定温度５０℃以上では、バイパス絞り弁２５のストロークに拘わらず、電磁弁２９は閉弁状態にあってバイパス率は常に０％となる。
【００１４】
よって、この形態２によれば、沸騰発生の虞れのない設定温度５０℃未満ではバイパス率を最大で５０％確保でき、入水温度１℃〜３０℃の範囲においてバイパス率を２０％〜５０％まで可変することで、図４の如く、入水温度５℃の場合でトータル水量を９．１リットル／分に、入水温度２５℃の場合でトータル水量を１４．６リットル／分まで増加させることができ、形態１に比べて特に５０℃未満の出湯温度域でトータル水量が増え、使い勝手が向上する。
尚、図５は、設定温度に対してドレン防止、沸騰防止を達成できるバイパス率の限界値を示すグラフで、グラフａは、入水温度１℃で内胴出口温度を４６℃以上に維持できるドレン限界ライン、グラフｂは、入水温度１℃で内胴出口温度を８５℃以下に維持できる沸騰限界ラインを示し、又、グラフｃは、入水温度３０℃で内胴出口温度を４６℃以上に維持できるドレン限界ライン、グラフｄは、入水温度３０℃で内胴出口温度を８５℃以下に維持できる沸騰限界ラインを示す。よって、グラフａとｂの間と、グラフｃとｄとの間の重複領域（同図の斜線Ａ部分）でバイパス率を設定すれば、入水温度１℃〜３０℃及び設定温度３８℃〜７０℃の範囲に亘ってドレン防止、沸騰防止を共に達成できることになるが、この形態２では、電磁弁２９が開弁する４８℃以下の場合でバイパス率が２０％〜５０％の範囲での可変、４８℃を超えると０％となるから、当該範囲内でバイパス率を設定することでドレン防止と沸騰防止とを略満足させることができる。
【００１５】
《形態３》
上記形態２においては、電磁弁２９が開弁する５０℃未満の設定温度域でのみトータル水量を増加でき、５０℃以上では入水温度の変化に拘わらず電磁弁２９が閉弁してトータル水量が変化しない。そこで、図６の如く、バイパス管２２にバイパス絞り弁２５を迂回する並列路３４を並設し、この並列路３４に電磁弁２９を設ける構成とするのが望ましい。例えば、電磁弁２９の開弁による並列路３４のバイパス率を２３％に固定し、バイパス絞り弁２５によるバイパス率を入水温度１℃〜３０℃に応じて最大２７％まで可変させれば、設定温度５０℃以上で電磁弁２９が閉弁しても、図７の如く、バイパス絞り弁２５側の設定によってトータル水量を７．３〜１０リットル／分まで確保でき、設定温度５０℃未満では、バイパス率２３％〜５０％の可変により、トータル水量を９．５〜１４．６リットル／分まで確保できる。
特に、この形態３では、図５のグラフに示すように、電磁弁２９が開弁する４８℃以下の場合でバイパス率が２３％〜５０％の範囲（斜線Ｂ）、５０℃以上では０％〜２７％の範囲（斜線Ｃ）の可変であるから、当該範囲内でバイパス率を設定することでドレン防止と沸騰防止とを共に満足させることができる（各斜線の重複部分）。
【００１６】
《形態４》
形態３においても、入水温度が高くなると、ある程度の水量増加が見込めるものの、器具能力の最大限発揮には至らない。そこで、図８のように、バイパス絞り弁２５により制御される水量を、水ガバナ１１における受圧体１８の下流で熱交換器４側へ合流させる戻し通路３５を形成し、バイパス絞り弁には、バイパス管２２側への第一絞り通路２６ａとの間でバイパス水量を制御する第一絞り弁２５ａと、第二絞り通路２６ｂとの間で戻し通路３５への水量を制御する第二絞り弁２５ｂとを形成する。一方、第一絞り通路２６ａと第二絞り通路２６ｂとの間からバイパス管２２に並列路３６を並設して、この並列路３６に電磁弁２９を設ける形態とするのが望ましい。ここで、戻し通路３５の面積をｂ、第一絞り弁２５ａと第一絞り通路２６ａとによる通路面積をｃ、電磁弁２９による並列路３６の面積をｃ′とすると、数１によるトータル水量Ｑは、以下の数２の式の関係となり、トータル水量は図９及び表１のようになる。
【００１７】
【数２】
0003904742.tif 000003
【００１８】
【表１】
0003904742.tif 000004
【００１９】
よって、この形態４によれば、戻し通路３５による熱交換器４側への水量補助で更にトータル水量を増加させることができ、入水温度が高くても出湯温度の略全範囲で略器具能力最大までトータル水量を確保可能となる。従って、使い勝手に優れた給湯器が得られるのである。
尚、本形態４のバイパス率も（ｃ＋ｃ′）で決定されるが、表１で示すように、設定温度５０℃以上ではバイパス率は０％〜２７％、設定温度５０℃未満ではバイパス率は２３％〜５０％で夫々決定されるため、形態３で説明した図７と同様に、ドレン防止と沸騰防止とを共に満足させることがわかる。
【００２０】
尚、上記形態１〜４においては、定流量弁として水ガバナ１１を利用しているが、図１０の如く、水ガバナ１１に代えてバイパス管２２と出湯管５との間に湯ガバナ３７を設けても同様の効果が得られる。即ち、固定弁体３８の弁座３９の開度を調整可能な可動弁体４０の熱交換器４寄りに、通水孔４２，４２を形成した受圧体４１を連設して、可動弁体４０をコイルバネ４３で上流側へ付勢する一方、弁座３９と受圧体４１との間にバイパス管２２を接続するもので、バイパス管２２内のバイパス絞り弁２５や形状記憶合金バネ２７等の配置は同図で簡略して示すように他の形態と同じである。
【００２１】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、定流量弁とそれに対するバイパス路の接続位置の設定とにより、熱交換器への流量を変えずにバイパス率とトータル水量とを可変できる構造となるため、内胴出口温度の不必要な変動を防止でき、トータル水量を増加させて器具能力を有効に発揮できる。更に、定流量弁は基本的にバイパス絞り弁と別構成となって構造が簡略化するため、製造コストの軽減に繋がる。
請求項２に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、バイパス路に所定の設定温度で開閉動作する電磁弁を設けたことで、より広いバイパス率の調整範囲を確保してドレン防止、沸騰防止性能を向上させ、トータル水量をより多く制御可能となる。
【００２２】
請求項３に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、バイパス路にバイパス絞り弁を迂回する並列路を設け、前記並列路に、所定の設定温度で開閉動作する電磁弁を設けたことで、より広いバイパス率の調整範囲を確保してドレン防止、沸騰防止性能を向上させ、トータル水量をより多く制御可能となる。
請求項４に記載の発明によれば、請求項１の効果に加えて、バイパス路に、熱交換器を通過する湯又は水の流れに合流する戻し通路を設け、バイパス絞り弁に設けた第二弁体で前記戻し通路の流量も可変制御させる一方、前記バイパス路に、前記バイパス絞り弁の両弁体の間に開口する並列路を並設し、その並列路に所定の設定温度で開閉動作する電磁弁を設けたことで、より広いバイパス率の調整範囲を確保してドレン防止、沸騰防止性能を向上させ、トータル水量を略器具能力最大まで制御可能となる。
【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】形態１における出湯温度とトータル水量との関係を示すグラフである。
【図３】形態２における水ガバナとバイパス管との内部構造を示す説明図である。
【図４】形態２における出湯温度とトータル水量との関係を示すグラフである。
【図５】バイパス率と設定温度との関係を示すグラフである。
【図６】形態３における水ガバナとバイパス管との内部構造を示す説明図である。
【図７】形態３における出湯温度とトータル水量との関係を示すグラフである。
【図８】形態４における水ガバナとバイパス管との内部構造を示す説明図である。
【図９】形態４における出湯温度とトータル水量との関係を示すグラフである。
【図１０】湯ガバナの説明図である。
【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・・コントローラ、１０・・リモコン、１１・・水ガバナ、１２・・ガバナ本体、１４・・固定弁体、１６・・可動弁体、１８・・受圧体、１９・・通水孔、２１・・コイルバネ、２２・・バイパス管、２５・・バイパス絞り弁、２６・・絞り通路、２７・・形状記憶合金バネ、２８・・バイアスバネ、２９・・電磁弁。
【図１】
0003904742.tif 000005
【図２】
0003904742.tif 000006
【図３】
0003904742.tif 000007
【図４】
0003904742.tif 000008
【図５】
0003904742.tif 000009
【図６】
0003904742.tif 000010
【図７】
0003904742.tif 000011
【図８】
0003904742.tif 000012
【図９】
0003904742.tif 000013
【図１０】
0003904742.tif 000014