(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、
上記熱交換器へ水を供給する給水路と、
上記熱交換器で加熱された湯を送出する出湯路と、
上記給水路と上記出湯路の間に上記熱交換器をバイパスするバイパス路とを設け、
上記出湯路の湯に上記給水路の水を混合させて所望温度の湯を出湯させるバイパスミキシング式給湯器において、
上記給水路に、水の温度に応じて動作する熱応動部材を備えて、該熱応動部材に連動して上記バイパス路の水量を制御する第１制御弁を設け、
上記出湯路に、湯の温度に応じて動作する熱応動部材を備えて、該熱応動部材に連動して上記第１制御弁で制御された上記バイパス路の水量を更に制御して上記出湯路の湯に混合させる第２制御弁を設け、
上記バイパス路と上記第１制御弁と上記第２制御弁とを同一ユニット内に収納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】
上記ユニット内に、上記給水路と上記出湯路とを平行に設けると共に、上記給水路と上記出湯路とに直交して連通する上記バイパス路を設け、
上記第１制御弁を上記バイパス路への分岐部に臨ませながら上記第１制御弁の熱応動部材を上記給水路内に配置し、
上記出湯路の湯と上記給水路の水とを混合する混合部下流に上記第２制御弁の熱応動部材を配置したことを特徴とする請求項１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、熱交換器で加熱された湯に、熱交換器をバイパスする水を混合して所望の温度の湯を出湯させるバイパスミキシング式給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、熱交換器の耐久性を向上させるため、熱交換器に接続される給水管と出湯管との間に、バイパス管を設け、このバイパス水量を制御することにより、熱交換器の温度を所定範囲内に収めて、ドレンの発生や沸騰を起こさせないバイパスミキシング式給湯器が知られている。
しかしながら、給水温や熱交換器出口温度を検知して電磁弁等によりバイパス管を開閉する従来のバイパスミキシング式給湯器では、バイパス比率が固定されるため、ドレン発生や沸騰の防止に対応できる領域が狭い問題があった。
あるいは、給水温と設定温とによって熱交換器の熱交換器の出口湯温を演算し、その演算値に基づいてコントローラからバイパス水量を制御するバイパスミキシング式給湯器では、コストアップとなる問題があった。
【０００３】
そこで、特開平９−３１８１５５号では、出湯温に応じて動作する熱応動部材と、熱応動部材の動作に直接連動してバイパス水量を制御する制御弁とを備えたバイパスミキシング式給湯器が公開されている。
例えば、図５および図６に示すように、熱交換器４に接続される給水管２と出湯管５との間に、バイパス管９を接続し、バイパス管９が接続される出湯管５内に、熱応動部材と制御弁とを組み込んだバルブユニット１０ｃを設ける。
このバルブユニット１０ｃでは、バイパス管９からの連通口２１を開口するユニット本体１１ｃが設けられ、その内部には、給湯管５の上流側、下流側にあたる位置に、各々、弁体１９ｃ、１９ｄと、対応する弁座１８ｃ、１８ｄとが設けられる。
また、上流側の弁体１９ｃには、その上流側でバネ受１６ｃとの間に形状記憶合金バネ１４ｃが配置されると共に、その下流側で弁座１８ｃとの間にバイアスバネ１７ｃが配置される。
同様に、下流側の弁体１９ｄにも、その上流側で弁座１８ｃとの間にバイアスバネ１７ｄが配置されると共に、その下流側で弁座１８ｄとの間に形状記憶合金バネ１４ｄが配置される。
バイパス管９からバルブユニット１０ｃの連通口２１に通じるバイパス路は、上下に分流する分岐部１３ｃで、弁体１９ｃの弁座１８ｃを経由して、給湯管５上流の水出口２２に通じる一方の流路と、弁体１９ｄの弁座１８ｄを経由して、給湯管５下流の水出口２３に通じる他方の流路とに分岐される。
【０００４】
そして、一方の流路では、熱交換器４の出口湯温に応じて、形状記憶合金バネ１４ｃが荷重を変化させ、バイアスバネ１７ｃとの荷重のバランスにより弁体１９ｃのストロークが決定され、バイパス管９から水出口２２を経て出湯管５に流れ込むミキシング水量が制御される。
また、他方の流路では、給水温に応じて、形状記憶合金バネ１４ｄが荷重を変化させ、バイアスバネ１７ｄとの荷重のバランスにより弁体１９ｄのストロークが決定され、バイパス管９から水出口２３を経て出湯管５に流れ込むミキシング水量が制御される。
従って、バルブユニット１０ｃ内の弁体１９ｃ、１９ｄが各々に動作し、両者の開度により、バイパス比率Ｑ１ ／Ｑ０が決定される。
また、このバイパス比率Ｑ１ ／Ｑ０は、熱交換器４がドレンの発生や沸騰をしないように、熱交換器４の出口湯温が４６℃〜８５℃の範囲となるように制御される。
例えば、給水温が低くなる［または高くなる］と、給水管２に設けた入水温度センサ７が水温の降下［上昇］を検知してコントローラからの指令により、ガス流路に設けた比例制御弁（図略）がガスバーナ３の燃料ガス量を増加［減少］する。
同時に、バルブユニット１０ｃは、形状記憶合金バネ１４ｄが給水温を検知して、中心線を境にして右側［中心線を境にして左側］のように、バイパス路９の開度を小さくしてバイパス水量を減少［増加］し、熱交換器４通過水量を増加［減少］して熱交換器４内の湯の沸騰［熱交換器４からのドレン発生］を防止する。
また、バルブユニット１０ｃでは、熱交換器４の出口湯温が高く［低く］なるとバイパス路９ａの開度を小さく［大きく］してバイパス水量を減少［増加］し、熱交換器４通過水量を増加［減少］して熱交換器４内の湯の沸騰［熱交換器４からのドレン発生］を防止する。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、弁体１９ｃおよび形状記憶合金バネ１４ｃが設けられる湯側制御位置と、弁体１９ｄおよび形状記憶合金バネ１４ｄが設けられる水側制御位置とが近く、しかも、水側制御位置が給湯管５内に設けられているため、形状記憶合金バネ１４ｃにより検出される熱交換器４の出口湯と形状記憶合金バネ１４ｄにより検出される水とが互いに影響し合い、それぞれの温度を的確に検出できないおそれがあった。
【０００６】
また、給水管２と給湯管５との間には、バルブユニット１０ｃの外にバイパス管９を溶接する必要があると共に、バイパス管９の配置にスペースが必要となって、製作コストがかかる問題があった。
また、器具に組み込んだ状態で、バイパス管９が溶接されているため、給水管２または給湯管５の脱着が難しい問題があった。
そこで、本発明のバイパスミキシング式給湯器は、上記課題を解決し、熱交換器の出口湯温と水温とを的確に検出できるようにすると共に、給水管または給湯管の脱着を容易にできるようにすることを目的とする。
【０００７】
【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記載のバイパスミキシング式給湯器は、
バーナの燃焼熱により通水を加熱する熱交換器と、
上記熱交換器へ水を供給する給水路と、
上記熱交換器で加熱された湯を送出する出湯路と、
上記給水路と上記出湯路の間に上記熱交換器をバイパスするバイパス路とを設け、
上記出湯路の湯に上記給水路の水を混合させて所望温度の湯を出湯させるバイパスミキシング式給湯器において、
上記給水路に、水の温度に応じて動作する熱応動部材を備えて、該熱応動部材に連動して上記バイパス路の水量を制御する第１制御弁を設け、
上記出湯路に、湯の温度に応じて動作する熱応動部材を備えて、該熱応動部材に連動して上記第１制御弁で制御された上記バイパス路の水量を更に制御して上記出湯路の湯に混合させる第２制御弁を設け、
上記バイパス路と上記第１制御弁と上記第２制御弁とを同一ユニット内に収納したことを要旨とする。
【０００８】
また、上記課題を解決する本発明の請求項２記載のバイパスミキシング式給湯器は、請求項１のバイパスミキシング式給湯器において、
上記ユニット内に、上記給水路と上記出湯路とを平行に設けると共に、上記給水路と上記出湯路とに直交して連通する上記バイパス路を設け、
上記第１制御弁を上記バイパス路への分岐部に臨ませながら上記第１制御弁の熱応動部材を上記給水路内に配置し、
上記出湯路の湯と上記給水路の水とを混合する混合部下流に上記第２制御弁の熱応動部材を配置したことを要旨とする。
【０００９】
上記構成を有する本発明の請求項１記載のバイパスミキシング式給湯器は、第１制御弁と、第２制御弁と共に、バイパス路を同一ユニット内に収納する。
また、この第１制御弁は、熱応動部材が給水温を検出して、バイパス路の水量を制御する。更に、第２制御弁は、熱応動部材が湯の温度を検出して、第１制御弁で制御されたバイパス路の水を更に水量制御して出湯路の湯に混合させる。
従って、水の温度と湯の温度とをそれぞれ的確に検出して、バイパス水量を適切に制御することができる。
また、ユニット内にバイパス路が形成されるため、従来のようなバイパス管をユニットの外に設ける必要がない。このため、ユニットに接続される給水管および給湯管の脱着を容易にできる。
【００１０】
また、上記構成を有する本発明の請求項２記載のバイパスミキシング式給湯器は、ユニット内に、給水路と出湯路とを平行に設けると共に、直交する方向にバイパス路を設ける。
また、第１制御弁をバイパス路への分岐部に臨ませながら第１制御弁の熱応動部材を給水路内に配置し、出湯路の湯と給水路の水とを混合する混合部下流に第２制御弁の熱応動部材を配置する。
従って、水の温度と湯の温度とをそれぞれ的確に検出して、バイパス水量を適切に制御することができる。
更に、給水路と出湯路とを平行にして、直交する方向にバイパス路を設けるため、ユニットをコンパクトにすることができる。
しかも、ユニットを樹脂成型する場合には、樹脂型の製作が容易であり、安価に製作することができる。
【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、以下本発明のバイパスミキシング式給湯器の好適な実施形態を説明する。
図１および図４はバイパスミキシング式給湯器の概略を示すもので、バイパスミキシング式給湯器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。
また、給水管２には、水量を検出する水量センサ６と給水温を検出する入水温度センサ７が設けられ、出湯管５には、出湯温を検出する出湯温度センサ８が設けられて、これらは図示しないバーナコントローラに接続されている。
このバーナコントローラは、水量センサ６や入水温度センサ７及び、出湯温度センサ８から入力される検出信号に基いて、所望の出湯温度が得ら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。
【００１２】
そして、熱交換器４に通じる給水管２と、熱交換器４からの出湯管５途中には、熱交換器４をバイパスする樹脂製のバルブユニット１０が設けられ、このバルブユニット１０は、湯温を精度良く検知するために、熱交換器４にできるだけ近い位置に設けられる。
バルブユニット１０内には、上下流の給水管２に連通する給水路２ａと、上下流の給湯管５に連通する給湯路５ａとが平行に設けられ、それらの給水路２ａと給湯路５ａとに直交して両者を連通するバイパス路９ａが水平方向に設けられ、Ｈ字状に流路が形成される。
また、バルブユニット１０の流路内には、バイパス路９ａの入口開度を給水温に応じて可変する第１制御弁１２ｂがバイパス路９ａへの分岐部に臨みながら給水路２ａに直交して設けられ、バイパス路９ａの出口開度をミキシング後の給湯温に応じて可変する第２制御弁１２ａがバイパス路９ａを塞ぐように給湯路５ａに沿って設けられる。
【００１３】
バイパス路９ａには、給水路２ａ側の口元に、径方向に延びた複数のリブ３０が形成される。
また、給水路２ａの外壁には、バイパス路９ａと同軸上に、孔３１が設けられ、この孔３１に、第１制御弁１２ｂを案内するガイド部３２が、外周にバルブユニット１０本体とシールするＯリング３３を装着して、給水路２ａ外壁からバイパス路９ａに向けて脱着可能にねじ止めされる。
第１制御弁１２ｂには、一端を閉じた円筒状を形成する弁体１９ｂが設けられ、その端部外周がバイパス路９ａの口元に臨み、他端の円筒内周がガイド部３２外周に嵌合して、前後に可動自在に設けられる。
第１制御弁１２ｂには、弁体１９ｂの外側に熱応動部材としての形状記憶合金バネ１４ｂが設けられ、弁体１９ｂの内側にステンレス製のバイアスバネ１７ｂが設けられる。
形状記憶合金バネ１４ｂは、一端をリブ３０に当接して弁体１９ｂを開弁方向に付勢し、バイアスバネ１７ｂは、一端をガイド部３２端部に当接して弁体１９ｂを閉弁方向に付勢する。
そして、この第１制御弁１２ｂの弁体１９ｂの先端と、弁座１８ｂであるリブ３０奥のバイパス路９ａ端部との開度によりバイパス水量が制御される。
また、第１制御弁１２ｂの外径は、給水路２ａの内径のほぼ１／２程度に形成され、水入口から熱交換器４に流れる給水は、給水路２ａと、組み込まれた第１制御弁１２ｂとの隙間を通過して流れる。
【００１４】
また、バイパス路９ａの出口を塞ぐように、給湯路５ａに沿って第２制御弁１２ａが設けられる。
この第２制御弁１２ａの外径は、給湯路５ａの内径より小さく設けられ、熱交換器４から湯出口に流れる湯は、組み込まれた第２制御弁１２ａと給湯路５ａとの間を通過して流れる。
第２制御弁１２ａには、一端が軸状に形成され、他端が円筒状に形成された弁体１９ａが設けられ、この一端が弁座１８ａに接離してバイパス路９ａからの出口開度を制御する弁部３４を形成し、他端がミキシング後の下流側に配置され、弁体１９ａの他端内外に熱応動部材としての形状記憶合金バネ１４ａとステンレス製のバイアスバネ１７ａとが装着される。
前記形状記憶合金バネ１４ａと、バイアスバネ１７ａとは、逆方向に弁体１９ａを付勢しており、形状記憶合金バネ１４ａは、弁体１９ａを閉弁方向に付勢し、バイアスバネ１７ａは、弁体１９ａを開弁方向に付勢し、両バネの荷重のバランスにより弁体１９ａのストロークが決定される。
【００１５】
前記形状記憶合金バネ１４ａ、１４ｂは、雰囲気温度に応じてバネ定数が変化することにより、雰囲気温度が高くなると荷重が大きくなり、低くなると荷重が小さくなる。
一方、バイアスバネ１７ａ、１７ｂは、温度によって荷重は変化しない。
このため、バイアスバネ１７ａ、１７ｂは、形状記憶合金バネ１４ａ、１４ｂの荷重変化によって雰囲気温度が高くなると圧縮され、雰囲気温度が低くなると形状記憶合金バネ１４ａ、１４ｂを圧縮する。
このように各々のバネ荷重は相反する方向へ加わる設定であるため、両バネの荷重のバランスにより弁体１９ａのストロークが決定される。
【００１６】
給水温が高くなると、入水温度センサ７が水温の上昇を検知してコントローラからの指令により、比例制御弁がガスバーナ３の燃料ガス量を絞る。
同時に、第１制御弁１２ｂでは、形状記憶合金バネ１４ｂが給水温を検知してバイパス路９ａの開度を大きくしてバイパス水量を増し、熱交換器４からのドレン発生を防止する。
逆に、給水温が低くなると、入水温度センサ７が水温の降下を検知してコントローラからの指令により、比例制御弁がガスバーナ３の燃料ガス量を増加する。同時に、第１制御弁１２ｂでは、給水温を検知してバイパス路９ａの開度を小さくしてバイパス水量を減少し、熱交換器４通過水量を増加して熱交換器４内の湯の沸騰を防止する。
また、第２制御弁１２ａでは、出湯温が高くなると、形状記憶合金バネ１４ａが出湯温を検知し、バイパス路９ａの開度を小さくしてバイパス水量を減少し、熱交換器４通過水量を増加して熱交換器４内の湯の沸騰を防止し、出湯温が低くなるとバイパス路９ａの開度を大きくしてバイパス水量を増し、熱交換器４通過水量を減少して熱交換器４からのドレン発生を防止する。
このように、第１制御弁１２ａと第２制御弁１２ｂとにより、出湯量Ｑ０に対するバイパス水量Ｑ１の比、即ちバイパス比率Ｑ１／Ｑ０を制御し、熱交換器４にドレンを発生させず、また、沸騰させない温度範囲内で熱交換器４内の湯温を維持する。
【００１７】
具体的には、出湯温が３８℃〜７０℃内で変化すると、バルブユニット１０内の各々の弁体１９ａ、１９ｂの作動により、熱交換器４がドレンの発生や沸騰をしないように、熱交換器４の出口湯温を４６℃〜８５℃の範囲となるように制御する。
図２および図３には、本実施形態での実験結果をグラフに示す。
同図は、出湯温と熱交換器４の出口湯温を給水温５℃（図２）と３０℃（図３）との場合に分けて示したもので、バイパス比率を制御して、熱交換器４の出口湯温を４６℃〜８５℃の範囲に制御できることを示している。
給水温５℃では、バルブユニット１０内の第１制御弁１２ａの弁体１９ｂが働き、バイパス比率を２０％に設定し、給水温３０℃ではバイパス比率を５０％に設定して、出湯温が低い場合に、熱交換器４の出口湯温を４６℃以上にしてドレンの発生を防止する。
また、出湯温が高い場合には、バルブユニット１０内の第２制御弁１２ｂの弁体１９ａが働き、給水温５℃では、出湯温が５２℃〜５８℃間でバイパス比率を２０％から１０％に減少させて沸騰を防止し、給水温３０℃では、出湯温が５２℃〜５８℃間でバイパス比率を５０％から１０％に減少させて沸騰を防止する。尚、図６の従来例は、熱交換器４の出口湯温を検知してバイパス水量を制御するのに対し、本実施形態は、出湯温を検知してバイパス水量を制御する。
このため、本実施形態では、出湯温５２℃以下の低温域でバイパス比率の変動をより小さく設定することができ、低温域の湯温を安定させることができる。
【００１８】
以上のように、バルブユニット１０では、出湯温および給水温の検知に形状記憶合金バネ１４ａ、１４ｂを用い、温度変化による荷重変化を生じさせ、弁体１９ａ、１９ｂのストロークを変化させることによって、バイパス比率を適切に制御し、熱交換器４でのドレンの発生や沸騰を防止する。
殊に、バルブユニット１０内では、第１制御弁１２ｂの熱応動部材を給水路２ａに設けると共に、第２制御弁１２ａの熱応動部材を出湯路５ａに設けたので、給水温および出湯温を的確に検知してバイパス水量を制御することができる。
しかも、相互の熱応動部材をバイパス路９ａで隔てて、給水路２ａと出湯路５ａとに間隔を空けて配置したために、互いに影響を及ぼし合うおそれもなくなる。
更に、バルブユニット１０内に、バイパス路９ａを組み込んだので、第１制御弁１２ｂおよび第２制御弁１２ａとバイパス路９ａとを一体に取り扱うことができるため、脱着が容易である。
また、バルブユニット１０内にバイパス路９ａを形成したため、従来のようなバイパス管をバルブユニット１０の外に溶接して設ける必要がなく、バルブユニット１０に接続される給水管２および給湯管５の脱着も容易になる。
加えて、給水路２ａと出湯路５ａとを平行にして、直交する方向にバイパス路９ａを設けるため、バルブユニット１０をコンパクトにすることができる。
このため、バルブユニット１０の樹脂型の製作が容易であり、バルブユニット１０を安価に製作することができる。
【００１９】
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、本発明の趣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。
例えば、熱応動部材として形状記憶合金バネ１４ａ、１４ｂを採用したもので説明したが、これに代えて、サーモワックスを内蔵し、その温度上昇に伴う体積変動に応じて、軸方向へ移動するロッドを備えたシリンダを採用し、このロッドを弁軸として利用しても良い。
【００２０】
また、第２制御弁１２ａに設けられる熱応動部材としての形状記憶合金バネ１４ａは、ミキシング後の混合湯温である出湯温を検知するものに限定されず、熱交換器４の出口湯温を検出するものであっても良い。
【００２１】
【発明の効果】
以上、詳述したように、本発明の請求項１のバイパスミキシング式給湯器によれば、給水温および出湯温をそれぞれ的確に検出してバイパス水量を制御し、熱交換器でのドレンの発生や沸騰を防止するという優れた効果を奏する。
また、バイパス路と、第１制御弁と、第２制御弁とをユニット内に、収納するので、これら制御部の脱着やユニットに接続される給水管および給湯管の脱着が容易にでき、組立および修理が容易になる。
【００２２】
また、本発明の請求項２記載のバイパスミキシング式給湯器によれば、請求項１の効果に加えて、ユニットをコンパクトにすることができ、樹脂成型が容易であり、安価に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施形態としてのバイパスミキシング式給湯器の概略構成図である。
【図２】出湯温と熱交換器出口湯温との関係を示すグラフである（給水温５℃）。
【図３】出湯温と熱交換器出口湯温との関係を示すグラフである（給水温３０℃）。
【図４】一実施形態としてのバルブユニット１０と接続管との概略配置図である。
【図５】従来のバルブユニット１０ｃと接続管との概略配置図である。
【図６】従来のバイパスミキシング式給湯器の概略構成図である。
【符号の説明】
給水路                ２ａ
熱交換器              ４
出湯路                ５ａ
バイパス路            ９ａ
バルブユニット      １０
第１制御弁          １２ｂ
第２制御弁          １２ａ
形状記憶合金バネ    １４ａ、１４ｂ
バイアスバネ        １７ａ、７ｂ
弁体                １９ｃ、１９ｄ
【図１】
0003932234.tif 000002
【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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