(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
要求熱量に応じて燃焼量を可変する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、前記熱交換器から湯を送出する出湯管とを備え、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給水管との接続部に、前記バイパス管への通水量を制御可能な制御弁と、前記給水管への入水温度に応じて動作して前記制御弁を連動させる熱応動部材とを設ける一方、前記バイパス管と前記出湯管との接続部を、上流側に開口する第一通路とその第一通路の下流側に開口する第二通路とに分岐させると共に、前記第一通路と第二通路とを夫々開閉可能な第二制御弁と、温度に応じて動作して前記第二制御弁を連動させる第二熱応動部材とを設け、前記第二熱応動部材の所定温度での動作により、前記所定温度より低温域では前記第二制御弁に前記第一通路のみを、前記所定温度より高温域では前記第二制御弁に前記第二通路のみを夫々開放させ、前記第一、第二熱応動部材による前記第一、第二制御弁の動作制御により、前記バイパス管への通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、
前記出湯管内に、前記バイパス管と連通する筒状体を前記出湯管に沿って設けると共に、前記筒状体の上流側の開口に第一弁座を、下流側の開口に第二弁座を夫々設け、前記第二制御弁を前記筒状体内に収容して、前記第一弁座と第二制御弁との間で前記第一通路を、前記第二弁座と第二制御弁との間で前記第二通路を夫々形成する一方、前記第二熱応動部材を前記筒状体の外部で前記第二弁座より上流側に配置して前記第二制御弁に連結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】
第二制御弁に、筒状体の上流側で第一通路から流れる水を当接させて出湯管内に放射状に流出させるガイド体を連設した請求項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、そのバイパス管の通水量を調整することで、熱交換器から出湯される湯の温度（熱交出口温度）をドレン発生及び沸騰の虞れのない一定温度範囲に調整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、形状記憶合金バネ等の熱応動部材を給水管側や出湯管側に設けて、バイパス管への通水量（バイパス率）を決定する制御弁の動作を制御させ、入水温度や出湯温度等に応じてバイパス率を変更することで、ドレン及び沸騰の発生防止を可能とするものが知られているが、特に流量変化に伴う熱交出口温度の変動により、バイパス率の不必要な変更が生じて出湯温度がハンチングするため、本件出願人は、このようなハンチング防止に効果的な形態を既に提供している。具体的には図６に示すように、バイパスミキシング式給湯器５０において、バーナ５１を備えた熱交換器５２には、給水管５３と出湯管５４とが接続されると共に、給水管５３と出湯管５４との間には、熱交換器５２をバイパスするバイパス管５５が接続される。そして、給水管５３とバイパス管５５との接続部に、バイパス管５５への通水量を制御可能な制御弁５６と、温度によって荷重を変化させる熱応動部材としての形状記憶合金バネ５７と、それに対向するバイアスバネ５８とを設けて、入水温度に基づいて制御弁５６のストロークを制御している。
【０００３】
一方、バイパス管５５における出湯管５４との接続部は、第一通路５９とそれより開口面積の小さい第二通路６０とに分岐させ、出湯管５４内に、各通路に対応する開口６２，６３を形成した第二制御弁としてのスリーブ６１をスライド可能に設けると共に、このスリーブ６１を上流側の形状記憶合金バネ６４と下流側のバイアスバネ６５とで支持させ、スリーブ６１には、上流側の開口６２からの水を形状記憶合金バネ６４の上流から流入させる迂回路６６を形成して、形状記憶合金バネ６４の所定温度での動作により、低温域ではスリーブ６１に第一通路５９のみを、高温域ではスリーブ６１に第二通路６０のみを夫々開放させるストロークを与える構造としている。これによれば、熱交換器内の温度でドレンの発生しやすい部位においては４１℃以上とし、高温出湯時においては沸騰の虞れのない８５℃以下に維持するバイパス率を調整可能となると共に、形状記憶合金バネ６４の感知温度にミキシング温度と熱交出口温度とのヒステリシスを持たせたことで、スリーブ６１の動作が最小限に抑えられ、流量変化に伴うバイパス率の不必要な変更が防止されて出湯特性が向上するものとなる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記構造は、スリーブ６１が出湯管５４内をスライドする形態となっているから、スリーブ６１の固着や摺動不良が生じやすい。又、第一，第二通路５９，６０に対するスリーブ６１の開口６２，６３の重なりを正確に合わせるのも難しく、バネ荷重の経年変化によってずれが大きくなったりして適正な通路切替が行われない虞れがある。更にスリーブ６１によるバイパス管５５側とのシールの信頼性も低いものとなっている。
【０００５】
そこで、請求項１に記載の発明は、このように入水側と出湯側とで２つの制御弁と熱応動部材とを設けると共に、特に出湯側ではバイパス管からの通路を切り替えることで第二熱応動部材の感知温度にヒステリシスを持たせたものにおいて、当該通路の切替がスムーズ且つ確実に行え、シール性や耐久性にも優れた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。
【０００６】
【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、前記出湯管内に、前記バイパス管と連通する筒状体を前記出湯管に沿って設けると共に、前記筒状体の上流側の開口に第一弁座を、下流側の開口に第二弁座を夫々設け、前記第二制御弁を前記筒状体内に収容して、前記第一弁座と第二制御弁との間で前記第一通路を、前記第二弁座と第二制御弁との間で前記第二通路を夫々形成する一方、前記第二熱応動部材を前記筒状体の外部で前記第二弁座より上流側に配置して前記第二制御弁に連結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、筒状体の第一通路から流れる水と出湯管内の湯との混合を良好に行うために、第二制御弁に、筒状体の上流側で第一通路から流れる水を当接させて出湯管内に放射状に流出させるガイド体を連設したものである。
【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。
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、コントローラ９に接続されている。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）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１０が接続され、給水管２とバイパス管１０との接続部分には、水ガバナ１１が設けられる。水ガバナ１１は、隔壁１２によって２つに仕切られるガバナ本体１３の一方側（図１の右側）に、上流側を開口させたカップ状の固定弁体１４を移動不能に固定し、その固定弁体１４の内側に、可動弁体１５をシール部材１６を介して固定弁体１４の内壁にスライド自在に設け、固定弁体１４に形成された弁座１７の開度を調整可能としている。又、固定弁体１４と可動弁体１５との間には、可動弁体１５を上流側へ付勢するコイルバネ１８が内設されている。１９は可動弁体１５のスライド位置を規制するストッパリングである。
一方、ガバナ本体１３における隔壁１２の他方側（図１の左側）には、給水管２へ流入された水の通路２０が形成されると共に、その通路２０内に弁軸２１が軸方向に移動自在に設けられ、弁軸２１の下端には、弁座２２との間で通路２０の開度を調整可能な流量可変ニードル２３が設けられている。又、弁軸２１の上端は、隔壁１２の他方側を更に区切る仕切壁２４を貫通してバイパス管１０内に突出しており、その先端に、バイパス管１０内に形成された弁座２５の開度を調整することでバイパス管１０への通水量を調整可能な制御弁としてのバイパス絞り弁２６が設けられている。
【０００９】
又、弁軸２１には、仕切壁２４と流量可変ニードル２３との間で熱応動部材としての形状記憶合金バネ２７が外装されると共に、流量可変ニードル２３の上流側に形状記憶合金バネ２７と対向するバイアスバネ２８が外装されている。即ち、給水管２への入水温度が高くなると形状記憶合金バネ２７の荷重が増大し、弁軸２１を押し下げてバイパス絞り弁２６がバイパス管１０への通路を開くと同時に、流量可変ニードル２３も通路２０を開く方向へ移動するものである。
更に、隔壁１２及び固定弁体１４には、通路２０を通る水を固定弁体１４の内部空間へ導く連通孔２９が設けられ、固定弁体１４には、固定弁体１４内の水を熱交換器４側へ送り出す開口３０，３０が、隔壁１２には、開口３０，３０から送り出された水の一部をバイパス絞り弁２６の上流側からバイパス管１０へ送り出す開口３１が設けられている。
【００１０】
一方、出湯管５におけるバイパス管１０の接続部分には、出湯管５より一回り小さい筒状体３２が、同じく筒状の連設部３３を介して出湯管５に沿って支持され、連設部３３にバイパス管１０が接続されて、バイパス管１０からの水が連設部３３と筒状体３２とを通って出湯管５内に流れるようにしている。
又、筒状体３２内には、上流側の開口に第一弁座３４が、下流側の開口に、嵌着されたバルブシート本体３５によって第二弁座３６が夫々形成されると共に、筒状体３２と同軸で第二制御弁としての弁軸３７が軸方向に移動可能に収容され、その弁軸３７に、第一弁座３４との間に形成される第一通路３８を開閉可能な第一弁体３９と、第二弁座３６との間に形成される第二通路４０を開閉可能な第二弁体４１とが夫々形成されている。ここでは、第一弁体３９が第一弁座３４を閉塞する弁軸３７の位置では、第二弁体４１が第二弁座３６から離れて第二通路４０を開放し、第二弁体４１が第二弁座３６を閉塞する弁軸３７の位置では、第一弁体３９が第一弁座３４から離れて第一通路３８を開放する位置関係となっている。尚、両通路の開口面積は、第一通路３８側が大きくなる設定としている。
【００１１】
更に、弁軸３７の上端には、筒状体３２の上流側を覆うように開口を下向きに配置されたカップ状のガイド体４２が連結されており、ガイド体４２の底面周縁には、放射状に開口４３，４３・・が形成されている。又、ガイド体４２の開口側の端縁と筒状体３２外周の段部４４との間には、感知温度によって荷重を変化させる第二熱応動部材としての形状記憶合金バネ４５が、第二通路４０より上流側で筒状体３２に外装される格好で配置されている。
一方、筒状体３２内にはバネ受け４６が固着され、そのバネ受け４６と第二弁体４１に連設されたフランジ４７との間には、普通のコイルバネであるバイアスバネ４８が配置されて、弁軸３７を第二弁体４１が第二弁座３６を閉塞する方向へ付勢している。
【００１２】
尚、形状記憶合金バネ４５は、図２のグラフに示す如く、感知温度が５７℃を超えない間は一定荷重で、バイアスバネ４８とのバランスにより弁軸３７のストロークを図１に示す第一通路３８の開放位置に維持させる。そして感知温度が５７℃を超えると、荷重を増加させて弁軸３７を押し上げ、バイアスバネ４８とのバランスにより６０℃で荷重を一定させる。この動作により、図３の如く第一弁座３４を閉塞して第二通路４０を開放することになる。このように弁軸３７のストロークに伴う第一，第二通路３８，４０の切替により、５７℃以上を感知して弁軸３７を押し上げた後は、第一通路３８が閉塞され、下流の第二通路４０のみが開放されることで、バイパス管１０からの水は筒状体３２からそのまま第二通路４０を通って形状記憶合金バネ４５の下流から出湯管５内に合流するため、形状記憶合金バネ４５は熱交出口温度を感知する。一方、５７℃未満の場合は、第二通路４０が閉塞され、上流の第一通路３８のみが開放されることで、バイパス管１０からの水は第一通路３８とガイド体４２の開口４３を通って形状記憶合金バネ４５の上流から出湯管５内に合流するため、形状記憶合金バネ４５はミキシング温度を感知することになる。
【００１３】
以上の如く構成された給湯器１においては、給水管２内に導かれた水は、まずガバナ本体１３内の弁座２２と流量可変ニードル２３との間を通って連通孔２９から固定弁体１４内に流れ込み、固定弁体１４内の水は可動弁体１５と弁座１７間の通路を通り、固定弁体１４の開口３０，３０から熱交換器４側とバイパス管１０側とに夫々流れる。このとき、通路２０を流れる水の温度を感知して形状記憶合金バネ２７が荷重を変化させ、バイアスバネ２８とのバランスで弁軸２１のストロークを決定することで、通路２０の開度が変更され、これに伴って可動弁体１５と弁座１７との間の開度も変更されて、水ガバナ１１を流れるトータル水量が調整される。又、同時にバイパス絞り弁２６と弁座２５との間の開度も変更されるため、これによりバイパス管１０への通水量が決定される。本形態では、入水温度の５℃〜３０℃までの変化に対して、トータル水量が７．２７リットル／分〜１３．３リットル／分まで変化し、バイパス率は２９．２％〜４５．２％まで変化するものとなる。
【００１４】
そして、出湯管５側では、出湯温度が３８℃〜５０℃の場合は、図１の状態にあってミキシング温度を感知する形状記憶合金バネ４５は動作せず、弁軸３７は図１のように第一通路３８のみを開く位置にあり、バイパス率は、水ガバナ１１側のバイパス絞り弁２６の制御によって先述の２９．２％〜４５．２％の範囲で設定される。これにより、図４に示すグラフ（各グラフ左端の数字は出湯温度を示し、左上は熱交換器４内の吸熱管の通水順路を示す）の如く、入水温度５℃〜３０℃の変化に拘わらず、ドレンの発生しやすい吸熱管Ｄ−Ｅ間の熱交内温度ＴA 以降はドレン限界の４１．４℃以上に維持できることになる。又、熱交出口温度ＴB が５７℃を超えても、形状記憶合金バネ４５はミキシング温度を感知するため、出湯温度が５７℃以下の低温域であれば、形状記憶合金バネ４５が動作することはない。
【００１５】
そして、出湯温度が６０℃以上の場合は、水ガバナ１１側のバイパス絞り弁２６のみによるバイパス率の設定では、図４のグラフのように、熱交出口温度ＴB は沸騰限界である８５℃付近若しくはこれを超えてしまうが、感知温度が５７℃を超えることで出湯側の形状記憶合金バネ４５が動作して、弁軸３７は図３のように開口面積の小さい第二通路４０のみを開く位置に移動し、バイパス管１０の通水量は絞られるため、バイパス率は図５のグラフｂに示す如く、１１．０％〜１１．９％の変化の小さい範囲で設定される。これにより熱交出口温度ＴB は、同図で示すように、出湯温度６０℃では６６．８℃〜６４．０℃、出湯温度７０℃では７８．０℃〜７５．４℃の範囲で変化し、何れも沸騰限界の８５℃以下を維持できることになる。又、出湯温度が６０℃以上の高温域であれば、熱交出口温度ＴB は常に形状記憶合金バネ４５の感知温度５７℃以上の温度となるから、ここで熱交出口温度ＴB を直接感知する形状記憶合金バネ４５が動作することはない。
【００１６】
このように上記実施の形態では、適正なバイパス率の制御で、熱交換器４にドレン及び沸騰を発生させない適正温度に維持可能となる。特にここでは、バイパス管１０から出湯管５への水の通路を分岐させて、形状記憶合金バネ４５に、出湯温度３８℃〜５０℃ではミキシング温度を、６０℃以上ではそれより高い熱交出口温度を夫々感知させるように、弁軸３７で第一，第二通路３８，４０を切り替えて形状記憶合金バネ４５の感知温度にヒステリシスを持たせているから、形状記憶合金バネ４５の動作開始温度を５７℃と比較的高く設定可能となり、一旦通路を切り替えた後は、弁軸３７が殆ど固定状態となって動作が最小限に抑えられる。よって、蛇口の開度の変更等で器具内の流量が変化して熱交出口温度やミキシング温度が変動することがあっても、不必要なバイパス率の変化が防止でき、出湯温度が安定してハンチングが生じないため、使い勝手の良い給湯器が得られる。
【００１７】
そして、ここでは、筒状体３２内で移動する弁軸３７によって上下の第一，第二弁座３４，３６を開閉する通常の弁構造を採用しているため、弁軸３７の移動がスムーズに行われると共に、弁軸３７による各通路の開閉が確実に切り替えられ、シール性や耐久性に優れた切替構造となる。又、形状記憶合金バネ４５を筒状体３２に外装しているから、混合後のミキシング温度を全体で感知でき、正確な熱応動が可能となる。
更に、第一通路３８を出湯管５内の湯の流れに対向させてガイド体４２に当接させ、開口４３，４３を介して筒状体３２から放射状に水を流入させる構造としているから、第一通路３８から流れる水と出湯管５内の湯との混合が良好に行える。
【００１８】
尚、上記形態では、弁軸３７の第一弁体３９、第二弁体４１を何れも筒状体３２内に位置させて、筒状体３２の内側から第一，第二通路３８，４０を開閉させる構造としているが、弁軸３７を長くして第一弁体３９、第二弁体４１を筒状体３２の外部に設け、弁軸３７のストロークで両通路を夫々上下から開閉させるようにしても良い。この場合は、形状記憶合金バネ及びバイアスバネの荷重を加える方向も逆になる。
又、上記形態ではガイド体４２を第一弁体３９と別個にして弁軸３７に設けているが、先述のように第一弁体が筒状体の外部で移動する形態であれば、第一弁体にフランジを延設する等してガイド体と一体化する構造も考えられる。更に、上記形態では弁軸に２つの弁体を設けているが、第一弁座と第二弁座との間隔を短くしたり、弁軸のストロークを長くとったりできれば、一つの弁体で上下の弁座を開閉させることもできる。
【００１９】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、出湯管内に前記筒状体を設けて上下の開口に形成した第一、第二弁座と第二制御弁との間で第一通路と第二通路とを形成すると共に、前記第二熱応動部材を前記筒状体の外部で第二制御弁に連結したことで、第一、第二通路の切替による効果、即ち、第二熱応動部材の動作開始温度を比較的高く設定可能となってその動作が最小限に抑えられ、器具内の流量変化に対しても出湯温度のハンチングを抑えた使い勝手の良い給湯器が得られるという効果に加えて、第二制御弁によって上下の第一，第二弁座が開閉される通常の弁構造となるため、各通路の開閉がスムーズ且つ確実に切り替えられ、シール性や耐久性に優れた切替構造が実現できる。又、第二熱応動部材を筒状体の外部に設けているから、混合後のミキシング温度を全体で感知でき、正確な熱応動が可能となる。
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、第二制御弁に、筒状体の上流側で第一通路から流れる水を当接させて出湯管内に放射状に流出させるガイド体を連設したことで、第一通路からの水と出湯管の湯との混合が良好に行える。
【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（出湯側は第一通路３８の開放状態）である。
【図２】形状記憶合金バネ４５の温度と荷重との関係を示すグラフである。
【図３】バイパスミキシング式給湯器の概略図（出湯側は第二通路４０の開放状態）である。
【図４】入水温度と熱交出口温度及びバイパス率との関係を示すグラフである。
【図５】入水温度と熱交出口温度及びバイパス率との関係を示すグラフである。
【図６】本件出願人の先願に係るバイパスミキシング式給湯器の概略図である。
【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、８・・出湯温センサ、９・・コントローラ、１０・・バイパス管、１１・・水ガバナ、１４・・固定弁体、１５・・可動弁体、２１，３７・・弁軸、２３・・流量可変ニードル、２６・・バイパス絞り弁、２７，４５・・形状記憶合金バネ、２８，４８・・バイアスバネ、３２・・筒状体、３４・・第一弁座、３６・・第二弁座、３８・・第一通路、３９・・第一弁体、４０・・第二通路、４１・・第二弁体、４２・・ガイド体。
【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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