(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
給水管及び出湯管が配設される熱交換器と、前記給水管を流れる水を前記熱交換器を介さずに直接前記出湯管へ導くバイパス管路と、前記熱交換器を加熱するガスバーナとを備えたガス給湯器であって、
前記給水管と前記バイパス管路との分岐部には、前記給水管を流れる水の温度に応じて、前記給水管に流入する総入水量を可変制御すると同時に、前記給水管から前記バイパス管路へ流入する水の抵抗を可変制御する水温感応手段を有する水温感応型定流量弁を備えると共に、
前記出湯管と前記バイパス管路との合流部には、前記出湯管を流れる湯水混合前又は湯水混合後の湯の温度に応じて、前記バイパス管路から前記出湯管に排出される水の抵抗を可変制御する湯温感応手段を有するバイパス率制御弁を備えたことを特徴とするバイパスミキシング方式のガス給湯器。
【請求項２】
前記水温感応手段及び／又は前記湯温感応手段が、形状記憶合金からなる温度感応部材により構成されていることを特徴とする請求項１に記載されるバイパスミキシング方式のガス給湯器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、バイパスミキシング方式のガス給湯器に関し、さらに詳しくは、給水管を流れる水を熱交換器に送ってガスバーナにより加熱し出湯管へ導く本給水系の他に、その給水管を流れる水の一部を直接出湯管へ導くバイパス管路を備え、熱交換器で加熱された湯をバイパス管路より送り込まれた水で薄めて出湯するバイパスミキシング方式のガス給湯器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガス給湯器においては、給水管を流れる水を熱交換器に送ってガスバーナにより加熱し出湯管へ導く本給水系の他に、その給水管を流れる水の一部を直接出湯管へ導くバイパス管路を備え、熱交換器で加熱された湯をバイパス管路より送り込まれた水で薄めて出湯する、いわゆるバイパスミキシング方式のガス給湯器が既に知られている。
【０００３】
バイパスミキシング方式のガス給湯器は、通常、バイパス管路に電磁弁を備え、出湯温度が高い場合は、電磁弁を閉じて熱交換器から排出される湯をそのまま出湯し（ストレート出湯）、出湯温度が低い場合は、電磁弁を開いて熱交換器から排出される湯とバイパス管路から供給される冷水とを混合した後出湯する（バイパス出湯）ように構成されている。そのため、バイパスミキシング方式のガス給湯器は、出湯温度が低い場合であっても熱交換器の温度が常に高温に保たれるので、熱交換器内にドレンが発生しにくいという利点がある。
【０００４】
また、上述の構成を有するバイパスミキシング方式のガス給湯器であっても、給水管に導入される総入水量に対するバイパス管路を流れる流水量の比率（バイパス率）が固定されていると、設定温度が低く、かつ入水温度が高い場合には、バイパス出湯であっても熱交換器内にドレンが発生するおそれがあるという問題あった。さらに、ガスバーナの最大火力に上限があるため、給水管に導入される流水量が固定されていると、その値によっては、給水管への入水温度が低い場合には、出湯温度が設定温度に達しないおそれがあるという問題があった。
【０００５】
そのため、本願発明者は、上述のバイパスミキシング方式のガス給湯器に、さらに入水温度に応じて給水管に流れる総入水量とバイパス率とを同時に可変制御しうる水温感応型定流量弁を備えたバイパスミキシング方式のガス給湯器を既に提案しており（特願平８−５３７５０号）、上述の問題の解決を図っている。
【０００６】
ところで、電磁弁とそのＯＮ−ＯＦＦ制御機構をガス給湯器に設けることは、ガス給湯器のコストアップにつながるという欠点がある。従って、ドレン発生の防止と低コスト化の双方を満足させるという点からすれば、電磁弁を用いたストレート出湯／バイパス出湯切替方式とするのではなく、全出湯温度範囲においてバイパス出湯方式とすることが望ましい。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本願発明者により提案された、入水温度により総入水量及びバイパス率を制御する水温感応型定流量弁を備えたバイパスミキシング方式のガス給湯器（特願平８−５３７５０号）であっても、ドレンの発生とボイルの発生の双方を回避しつつ、全温度範囲にわたってバイパス出湯方式とすることは困難である。
【０００８】
すなわち、上述の水温感応型定流量弁を備えたバイパスミキシング方式のガス給湯器のバイパス率を、出湯温度が３８℃の場合におけるドレンが発生しない最低の値となるように制御した場合には、出湯温度が６０℃以下かつ入水温度が２５℃以下の条件を満たす条件下においては、ドレン発生とボイル発生の双方を回避できるが、入水温度が２５℃を越えた場合には、熱交換器内の温度が８５℃を越え、ボイル発生のおそれがあった。
【０００９】
そのため、特に出湯温度として６０℃以上の高温が要求されるガス給湯器においては、上述の水温感応型定流量弁を備えたのみでは、ドレン発生とボイル発生の双方を回避することができず、電磁弁を用いたストレート出湯／バイパス出湯切替方式の採用が不可欠であるという問題があった。
【００１０】
本発明が解決しようとする課題は、電磁弁を用いたストレート出湯／バイパス出湯切替方式を採用することなく、ドレン発生とボイル発生の双方を回避することができ、全出湯温度範囲に渡ってバイパス出湯方式とすることが可能なバイパスミキシング方式のガス給湯器を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るバイパスミキシング方式のガス給湯器は、給水管及び出湯管が配設される熱交換器と、前記給水管を流れる水を前記熱交換器を介さずに直接前記出湯管へ導くバイパス管路と、前記熱交換器を加熱するガスバーナとを備えたガス給湯器であって、前記給水管と前記バイパス管路との分岐部には、前記給水管を流れる水の温度に応じて、前記給水管に流入する総入水量を可変制御すると同時に、前記給水管から前記バイパス管路へ流入する水の抵抗を可変制御する水温感応手段を有する水温感応型定流量弁を備えると共に、前記出湯管と前記バイパス管路との合流部には、前記出湯管を流れる湯水混合前又は湯水混合後の湯の温度に応じて、前記バイパス管路から前記出湯管に排出される水の抵抗を可変制御する湯温感応手段を有するバイパス率制御弁を備えたことを要旨とするものである。
【００１２】
上記構成を有するバイパスミキシング方式のガス給湯器によれば、バイパス管路の分岐部において、給水管を流れる水の温度（以下、「入水温度」という）に応じて、給水管からバイパス管路に流入する水の抵抗が制御されると同時に、バイパス管路の合流部において、出湯管を流れる湯水混合前又は湯水混合後の湯の温度（以下、「熱交換器出口温度」又は「出湯温度」という）に応じてバイパス管路から出湯管に排出される水の抵抗が制御され、これらの合成抵抗により、ガス給湯器のバイパス率が決定される。
【００１３】
すなわち、本発明に係るガス給湯器のバイパス率は、入水温度と熱交換器出口温度又は出湯温度の２つの独立変数を用いて広範囲に渡って制御されるものである。これにより、電磁弁を用いたストレート出湯／バイパス出湯切替方式を採用することなく、ドレン発生とボイル発生の双方を回避でき、全温度範囲に渡ってバイパス出湯方式とすることが可能となる。
【００１４】
しかも、バイパス管路の分岐部においては、同時に、入水温度に応じて給水管に流入する総入水量が可変制御されるので、入水温度が低い場合であっても、出湯温度が設定温度に達しないというおそれもない。
【００１５】
具体的には、前記水温感応型定流量弁は、給水管を流れる水の温度が低いときには、給水管に流入する総入水量を減少させると同時に、給水管からバイパス管路に流入する水の抵抗を増加させ、給水管を流れる水の温度が高くなるにつれて、給水管に流入する総入水量を増加させると同時に、バイパス管路に流入する水の抵抗を減少させるように構成すればよい。
【００１６】
また、前記バイパス率制御弁は、具体的には、熱交換器出口温度又は出湯温度が低いときには、バイパス管路から出湯管に排出される水の抵抗を減少させ、熱交換器出口温度又は出湯温度が高くなるにつれて、バイパス管路から排出される水の抵抗を増加させるように構成すればよい。
【００１７】
このように構成することにより、入水温度が低くかつ出湯温度が高い場合であってもボイル発生を回避でき、また、入水温度が高くかつ出湯温度が低い場合であってもドレン発生を回避できるからである。
【００１８】
また、前記湯温感応手段及び／又は前記水温感応手段は、形状記憶合金からなる温度感応部材により構成されていることが望ましい。形状記憶合金からなる温度感応部材を用いれば、温度変化のみを駆動力として弁の開閉操作が可能となり、複雑な制御機構が不要となるからである。具体的には、水温変化に応じてバネ荷重（バネ常数）が増減するタイプのいわゆる二方向性の形状記憶合金バネなどが好適なものとして挙げられる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な一実施の形態を図面を参照して説明する。図１は、本発明が適用されるバイパスミキシング方式の給湯器の典型例を示したものである。この図示されるバイパスミキシング方式のガス給湯器１０は、給水管１２と出湯管１４とが熱交換器１６を介して継がれ、該熱交換器１６が内胴１８内に配設されるとともに、この内胴１８内にはさらに前記熱交換器１６を流れる水を加熱するためのガスバーナ２０が該熱交換器１６の下方部位に配設されている。
【００２０】
そして、前記給水管１２には水の流れを検知する水量センサ−２２の他、該給水管１２を流れる水の温度Ｔi を検知する入水温サーミスタ２４が設けられている。
【００２１】
また、前記ガスバーナ２０のガス管２８には、元電磁弁３０、メイン電磁弁３２及び該ガス管２８を流れるガスの流量を制御するガス比例弁３４がそれぞれ設けられ、さらに前記ガスバーナ２０に燃焼用空気を供給するための送風ファン３６が設けられている。
【００２２】
前記給水管１２と出湯管１４との間には、給水管１２を流れる水を前記熱交換器１６を通さずに出湯管１４へ直接導くバイパス管路３８が設けられている。また、バイパス管路３８と給水管１２との分岐部には、水温感応型定流量弁（以下、「水ガバナ」という）４４が設けられ、バイパス管路３８と出湯管１４との合流部には、バイパス率制御弁４０が設けられている。
【００２３】
前記バイパス率制御弁４０の下流側には、前記熱交換器１６を介して出湯管１４へ導かれた湯と、前記バイパス管路３８を介して出湯管１４へ導かれた水とを混合（ミキシング）した後の湯の温度（出湯温度ＴＨ0） を検知する出湯温サーミスタ４２が設けられている。また、出湯管１４の先端には、給湯栓９２が設けられている。
【００２４】
さらに、入水温サーミスタ２４及び出湯温サーミスタ４２から信号を受け、元電磁弁３０、メイン電磁弁３２、ガス比例弁３４及び送風ファン３６を制御するバーナコントローラ８８を有している。バーナコントローラ８８は、公知のＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等により構成され、そのＲＯＭには、出湯温度制御等を行うための種々のプログラム類が格納されている。また、バーナコントローラ８８は、リモコン９０により遠隔操作できるようになっている。
【００２５】
次に、このように構成されたバイパスミキシング方式のガス給湯器１０の一般的動作について説明する。まず、給湯栓９２を開くと、水量センサー２２がオンし、バーナーコントローラ８８からの指令により送風ファン３６が駆動し、ガスバーナ２０へ燃焼用空気が供給されるとともに、ガスバーナ２０の元電磁弁３０、メイン電磁弁３２、及びガス比例弁３４が順次開かれて、燃焼ガスがガスバーナ２０に供給され、イグナイタ（図示せず）による点火動作によってガスバーナ２０が点火される。
【００２６】
そして、このガスバーナ２０の点火初期動作段階では、給水管１２を流れる水の温度がその給水管１２に設けられる入水温サーミスタ２４により検知され、バーナコントローラ８８によって出湯管１４を流れる湯の出湯温度ＴＨ0 が設定温度Ｔs に近づくように、ガスバーナ２０へ供給するガス量を調節するガス比例弁３４の開度が調節される。
【００２７】
ガスバーナ２０の燃焼が安定状態になった以降は、出湯温サーミスタ４２で検出される出湯温度ＴＨ0が設定温度Ｔsに維持されるように、バーナコントローラ８８により、ガス比例弁３４の比例弁電流回路と送風ファン駆動回路に信号が送られ、ガス比例弁３４の開度と送風ファン３６のファン回転数との比例制御が行われることによって、運転の管理がなされるものである。
【００２８】
次に、水ガバナ４４の構成について説明する。図２は、水ガバナ４４の内部構造を拡大して示したものである。図示されているように、この水ガバナ４４は、給水管１２の本管よりガバナ本体４６の流入口へ導入された水を熱交換器１６に通じる本給水系に導く流水路の他に、その水の一部をバイパス管路３８に導く流水路を備えている。
【００２９】
これを具体的に説明すると、ガバナ本体４６内が隔壁４８により大きく２つに仕切られており、一方の隔壁空間には、カップ状の固定弁体５０が、その内壁面にシール部材５２、５２を介して密着された状態で、かつ移動不能に設けられている。また、前記固定弁体５０の内側には、可動弁体５４がやはりシール部材５６を介して、固定弁体５０の内壁面に密着された状態で可動自在に、かつ可動弁体５４と前記固定弁体５０の内壁面に設けられる弁座５８との間の流水間隙ｇ1 が可変となるように設けられている。
【００３０】
そして、前記固定弁体５０の内底面と可動弁体５４の頭頂部との間には、該ガバナ本体４６内に導かれる水の圧力に抗して、前記流体間隙ｇ1 を押し広げる方向に前記可動弁体５４を押圧付勢するコイルバネ部材６０が介設されている。尚、前記可動弁体５４は、前記固定弁体５０の下端内壁面に設けられるストッパリング６２により不用意に抜脱されないようになっている。
【００３１】
一方、このガバナ本体４６の前記隔壁４８により仕切られる他方の隔壁空間には、弁軸６４がシール部材６６を介してその内壁面に摺動自在に設けられ、該弁軸６４の一端には、前記給水管１２の本管より流入される水の流量を変えるための流量可変ニードル６８が、前記隔壁空間内に設けられる弁座７０との間の流水間隙ｇ2 が可変となるように設けられている。また、前記弁軸６４の他端には、前記バイパス管路３８へ導かれる水の流量を変えるためのバイパス率可変ニードル７２が、やはりその隔壁空間の内壁面に設けられ、弁座７４との間の流水間隙ｇ3が可変となるように設けられている。
【００３２】
前記弁軸６４には、前記流量可変ニードル６８と弁座７０との間の流水間隙ｇ2 を押し広げ、かつ前記バイパス率可変ニードル７２と弁座７４とのとの流水間隙ｇ3 をも押し広げる方向に付勢された形状記憶合金バネ７６が介設されている。また、該形状記憶合金バネ７６の付勢力に抗して前記流量可変ニードル６８と弁座７０との間の流水間隙ｇ2 、及び前記バイパス率可変ニードル７２と弁座７４との間を流水間隙ｇ3 を押し狭める方向に付勢されたバイアスバネ７８が併せて介設されている。
【００３３】
前記形状記憶合金バネ７６は、そのバネ特性が水温が高くなるにつれてバネ荷重が増大し、水温が低くなるにつれてバネ荷重も減少する、いわゆる双方向性の形状記憶特性を有する材料が用いられている。
【００３４】
一方、前記隔壁４８及び固定弁体５０の壁面には、前記流量可変ニードル６８と弁座７０との間の流水間隙ｇ2 を通る水が前記固定弁体５０の内部空間へ導かれるように、それぞれ連通孔８０及び８２が設けられている。また、該固定弁体５０の壁面には、該固定弁体５０内に導かれた水を前記熱交換器１６へ向けて送り出すための開口８４が設けられている。さらに、前記隔壁４８には、該固定弁体５０の開口８４より外へ送り出された水の一部を前記バイパス率可変ニードル７２と弁座７４との間の流水間隙ｇ3 を通ってバイパス管路３８へ送り出されるように連通孔８６が設けられている。
【００３５】
次に、図２に示す水ガバナ４４の動作について説明する。ガス給湯器１０の給湯栓９２が開かれ運転状態となると、給水管１２により水ガバナ４４に導入された水は、ガバナ本体４６内に設けられる流量可変ニードル６８と弁座７０との流水間隙ｇ2 を通って、さらに隔壁４８及び固定弁本体５０に形成される連通孔８０及び８２を通過し、固定弁本体５０の内部空間へ導かれる。
【００３６】
そして、固定弁本体５０内へ導かれた水は、可動弁本体５４と弁座５８との間の流水間隙ｇ1 を通り、さらに固定弁本体５０の開口８４を通って、その一部は、熱交換器１６へ通じる本給湯系へ導かれ、残りの水は、隔壁４８に形成される連通孔８６を通ってさらにバイパス率可変ニードル７２と弁座７４との間の流水間隙ｇ3を通過してバイパス管路３８へ送り出される。
【００３７】
この時、水ガバナ４４内を流れる水の温度によって、水ガバナ４４内に設けられた形状記憶合金バネ７６のバネ荷重が変動し、これにより前記流量可変ニードル６８と弁座７０との間の流水間隙ｇ2が変更される。また、流水間隙ｇ2が変動すると、可動弁体５４底部にかかる水圧も変動するので、これに伴って可動弁体５４と弁座５８との間の流水間隙ｇ1 も変更され、これらの相乗的作動により、該水ガバナ４４を流れるトータルの流水量が制御される。
【００３８】
さらに、流水間隙ｇ2 が変更されることに伴い、バイパス率可変ニードル７２と弁座７４との間の流水間隙ｇ3 も同時に変更され、これによりバイパス管路３８へ流入する水の抵抗が変動する。具体的には、水温が低い場合には、形状記憶合金バネ７６のバネ荷重が減少するので、バイアスバネ７８の反発力に抗しきれずに流水間隙ｇ3 が減少し、バイパス管路３８へ流入する水の抵抗は増大する。一方、水温が高くなるにつれて、バネ荷重は増加するので、バイアスバネ７８の反発力に抗して流水間隙ｇ3 は増加し、バイパス管路３８へ流入する水の抵抗が減少するものである。
【００３９】
次に、バイパス率制御弁４０の構成について説明する。図３は、このバイパス率制御弁４０の内部構造を拡大して示したものである。図示されるように、このバイパス率制御弁４０は、出湯管１４よりバイパス率制御弁４０の流入口へ導入された湯を給湯栓９２へ導く流水路（以下、「主路」という）と、バイパス管路３８により供給される水を出湯管１４に導く流水路（以下、「副路」という）とを備えている。
【００４０】
これを具体的に説明すると、バイパス率制御弁４０は、Ｔ字型を呈しており、Ｔ字の横棒部分が主路１００を構成し、その両端は出湯管１４と連結され、ガスバーナ２０を用いて熱交換器１６内で加熱された湯が主路１００を通って給湯栓９２に導かれるようになっている。また、Ｔ字の縦棒部分が副路１０２を構成し、その端部はバイパス管路３８に連結されており、給水管１２に導入された水の内、水ガバナ４４によりバイパス管路３８に分配された水が副路１０２に導かれるようになっている。
【００４１】
主路１００と副路１０２の境目には、仕切板１０４が設けられている。仕切板１０４は、主路１００の出口付近で途切れて冷水導入口１０６を形成し、副路１０２を通った冷水が主路１００の出口付近で熱交換器１６から排出された湯と混合されるようになっている。
【００４２】
バイパス率制御弁４０の内部には、副路１０２方向に弁軸１０８が備えられ、仕切板１０４に設けられた軸受部１１０に、シール材１１２を介して摺動自在となるように挿入されている。また、弁軸１０８の両端には、バネ受け皿１１４及び１１６が設けられると共に、弁軸１０８のほぼ中央には、流水抵抗可変ニードル１１８が設けられている。さらに、流水抵抗可変ニードル１１８の下流側に位置する副路１０２の内壁面には、弁座１２０が設けられ、流水抵抗可変ニードル１１８と弁座１２０との間の流水間隙ｇ4が可変となるようになっている。
【００４３】
バネ受け皿１１４と仕切板１０４との間には、流水抵抗可変ニードル１１８と弁座１２０との間の流水間隙ｇ4 を押し狭める方向に付勢された形状記憶合金バネ１２２が介設されている。この形状記憶合金バネ１２２は、そのバネ特性が水温が高くなるにつれてバネ荷重が増大し、水温が低くなるにつれてバネ荷重も減少する、いわゆる双方向性の形状記憶特性を有する材料が用いられている。
【００４４】
また、副路１０２の内壁には、弁座１２０より上流側に段付部１２４が設けられ、その段付部１２４とバネ受け皿１１６の間には、流水抵抗可変ニードル１１８と弁座１２０との間の流水間隙ｇ4 を押し広げる方向に付勢されたバイアスバネ１２６が介設されている。
【００４５】
次に、バイパス率制御弁４０の動作について説明する。本給水系に導かれた水は、熱交換器１６を通る間にガスバーナ２０により加熱されて所定温度を有する湯として出湯管１４に排出され、バイパス率制御弁４０の主路１００に導かれる。
【００４６】
一方、バイパス管路３８に導かれた水は、バイパス率制御弁４０の副路１０２に導かれ、流水抵抗可変ニードル１１８と弁座１２０との間の流水間隙ｇ4 を通り、さらに冷水導入口１０６を通って出湯管１４に排出される。そこで、主路１００を通ってきた湯と副路１０２を通ってきた水とが混合され、予め設定された温度を有する湯として給湯栓９２から出湯される。
【００４７】
この時、主路１００内を流れる湯の温度（熱交換器出口温度ＴＨm） によって、形状記憶合金バネ１２２のバネ荷重が変動し、これにより流水抵抗可変ニードル１１８と弁座１２０との間の流水間隙ｇ4 が変更される。具体的には、熱交換器出口温度ＴＨm が低い場合には、バネ荷重が減少するので、バイアスバネ１２６の反発力に抗しきれずに流水間隙ｇ4 が増加し、バイパス管路３８から排出される水の抵抗は減少する。一方、熱交換器出口温度がＴＨm 高くなるにつれて、バネ荷重は増加するので、バイアスバネ１２６の反発力に抗して流水間隙ｇ4 は減少し、バイパス管路３８から排出される水の抵抗が増加するものである。
【００４８】
次に、上記構成を有する水ガバナ４４とバイパス率制御弁４０により、ガス給湯器１０のバイパス率がどのように決定されるかについて説明する。給湯器１０への入水温度をＴi（℃）、熱交換器出口温度をＴＨm（℃）、湯水混合後の出湯温度をＴＨ0 （℃）、バイパス率をｘ（％）とすると、バイパス率ｘと入水温度Ｔiとの関係は、次の数１の式により表される。
【００４９】
【数１】
0003824400.tif 000002
【００５０】
図４は、数１の式を用いて、熱交換器出口温度ＴＨm及び出湯温度ＴＨ0が異なる場合における入水温度Ｔi とバイパス率ｘとの関係を求め、これを図示したものである。図４において、線ＡＢは、出湯温度ＴＨ0 が３８℃の時に熱交換器出口温度ＴＨmが８５℃となるような、入水温度Ｔi（℃）とパイパス率ｘ（％）との組み合わせを示したもの（以下、「ボイル限界線」という）であり、出湯温度が３８℃及び入水温度がＴi の時に、バイパス率ｘが線ＡＢより大きい値に設定された場合には、熱交換器出口温度ＴＨm が８５℃を越え、ボイル発生のおそれがあることを意味している。
【００５１】
また、図４において、線ＣＤは、出湯温度ＴＨ0 が３８℃の時に熱交換器出口温度ＴＨmが４７℃となるような、入水温度Ｔi（℃）とパイパス率ｘ（％）との組み合わせを示したもの（以下、「ドレン限界線」という）であり、出湯温度が３８℃及び入水温度がＴi の時に、バイパス率ｘが線ＣＤより小さい値に設定された場合には、熱交換器出口温度ＴＨm が４７℃を下回り、ドレン発生のおそれがあることを意味している。
【００５２】
従って、出湯温度が３８℃の場合には、線ＡＢと線ＣＤにより挟まれる領域内に収まるように、入水温度Ｔi に応じてバイパス率ｘを制御すれば、ドレン発生とボイル発生の双方を回避できることになる。
【００５３】
仮に、上述の形状記憶合金バネ７６を備えた水ガバナ４４のみを用いて給水管１２とバイパス管路３８との分岐部の水の抵抗を増減することにより、ガス給湯器のバイパス率ｘを図４の線ＣＤに従うように制御したとする。線ＣＤは、出湯温度が３８℃の場合におけるドレン限界線であるので、この線ＣＤに従って給湯器のバイパス率を制御する限り、出湯温度が３８℃を越えてもドレン発生のおそれがないことになる。
【００５４】
ここで、出湯温度ＴＨ0 を５０℃とした場合におけるボイル限界線は、線ＫＬで示され、常に線ＣＤの上方に位置している。従って、ガス給湯器のバイパス率を線ＣＤに従って制御する限り、入水温度Ｔi が５℃から３０℃まで変動しても、ボイル発生のおそれはない。
【００５５】
一方、出湯温度ＴＨ0 を６０℃とした場合におけるボイル限界線は、線ＭＮで示され、入水温度Ｔi が２５℃の時に線ＣＤと交差する。従って、水ガバナ４４のみを用い、バイパス率ｘを線ＣＤに沿って制御すると、入水温度Ｔi が２５℃以下の場合はボイル発生のおそれはないが、入水温度Ｔi が２５℃を越えると熱交換器出口温度ＴＨm が８５℃を越え、ボイル発生のおそれがあることがわかる。
【００５６】
さらに、出湯温度ＴＨ0 を７０℃とした場合におけるボイル限界線は、線ＩＪで示され、常に線ＣＤの下方に位置している。従って、水ガバナ４４のみを用い、バイパス率ｘを線ＣＤに沿って制御すると、入水温度Ｔi によらず、常にボイル発生のおそれがあることがわかる。
【００５７】
これに対し、上述の形状記憶合金バネ７６を備えた水ガバナ４４を用いてバイパス管路３８の分岐部に流入する水の抵抗を制御すると共に、形状記憶合金バネ１２２を備えたバイパス率制御弁４０を用いてバイパス管路３８の合流部から排出される水の抵抗を制御し、これらの合成抵抗によりバイパス率を決定するようにすれば、上述の問題を回避することができる。
【００５８】
図５は、入水温度Ｔi とバイパス率ｘとの関係を示したものであり、図５中、線ＡＢ、線ＣＤ及び線ＩＪは、図４に示した線と同一のものである。まず、図５に示すように、水ガバナ４４のみを用いた場合に、ガス給湯器のバイパス率ｘが、入水温度Ｔi に応じて線ＥＦに沿って制御されるように、水ガバナ４４を設計する。線ＥＦは、線ＡＢと線ＣＤのほぼ中央を通る曲線であるので、少なくとも出湯温度が３８℃の場合には、入水温度がどのように変動しても、ドレン発生及びボイル発生のおそれはない。
【００５９】
一方、入水温度Ｔi が一定の場合、水ガバナ４４に備えられた形状記憶合金バネ７６のバネ荷重は一定であるので、水ガバナ４４内の流水間隙ｇ3 は、一定に保たれたままである。そのため、出湯温度ＴＨ0 が増加するに従って、熱交換器出口温度ＴＨm が増加し、ボイル発生のおそれが生じてくる。
【００６０】
そこで、バイパス率制御弁４０により、熱交換器出口温度ＴＨm が高くなるにつれて、出湯管１４とバイパス管路３８との合流部の水の抵抗を増加させるようにし、水ガバナ４４とバイパス率制御弁４０の合成抵抗により、バイパス率ｘを決定するようにすれば、ボイル発生を回避できることになる。
【００６１】
例えば、出湯温度ＴＨ0 が７０℃の場合におけるボイル限界線は、線ＩＪで示され、常に線ＥＦを下回っており、バイパス率ｘが線ＥＦに従って制御される限り、ボイル発生のおそれがある。従って、この場合、出湯温度ＴＨ0 が７０℃の時のバイパス率ｘが、出湯温度ＴＨ0 が３８℃の時のバイパス率ｘの約３０％となるような温度特性を有するバイパス率制御弁４０を設計すればよい。
【００６２】
このような温度特性を有する水ガバナ４４及びバイパス率制御弁４０の双方を備えたガス給湯器１０によれば、出湯温度ＴＨ0 が７０℃におけるバイパス率ｘは、入水温度Ｔi に応じて線ＧＨのように制御され、常に線ＩＪを下回ることになるので、入水温度Ｔi がどのように変動しても、ボイル発生のおそれはないことがわかる。なお、入水温度Ｔi及び熱交換器出口温度ＴＨmを用いて線ＧＨに従ってバイパス率ｘを制御し、出湯温度ＴＨ0 が７０℃の湯を出湯したとすると、熱交換器出口温度ＴＨmは、入水温度Ｔiによらず約８０℃に保たれることになる。
【００６３】
同様に、例えば、出湯温度ＴＨ0が６０℃の時のバイパス率ｘを出湯温度ＴＨ0が３８℃の時の５０％、出湯温度ＴＨ0が５０℃のバイパス率ｘを出湯温度ＴＨ0が３８℃の時の７５％等、となるように、出湯温度ＴＨ0 が低下（すなわち、熱交換器出口温度ＴＨm が低下）するにつれて、バイパス管路の合流部から排出される水の抵抗を単調に減少させるような温度特性を備えたバイパス率制御弁４０を設計すれば、バイパス率は常にボイル限界線を下回る値に設定されることになるので、あらゆる温度範囲においてバイパス出湯方式とすることが可能となる。
【００６４】
図６は、本発明の他の実施の形態に係るガス給湯器１０に使用されるバイパス率制御弁４０の内部構造を拡大したものである。図６に示すバイパス率制御弁４０は、図３に示すバイパス率制御弁４０と内部構造は全く同一であるが、主路１００の接続を図３の場合と逆にしたものである。
【００６５】
図６によれば、熱交換器１６から出湯管１４を通って主路１００に導かれた湯は、まず、バイパス管路３８及び副路１０２を通って主路１００の上流側に設けられた冷水導入口１０６から排出される水と混合され、次いで湯水混合後の湯が形状記憶合金バネ１２２と接触し、これにより流水間隙ｇ4が決定される。
【００６６】
すなわち、図３に示すバイパス率制御弁４０は、熱交換器出口温度ＴＨm に応じてバイパス管路３８から排出される水の抵抗を変動させるものであるのに対し、図６に示したバイパス率制御弁４０は、出湯温度ＴＨ0 により水の抵抗を変動させるものである。上記のように構成することによっても、全出湯温度範囲においてバイパス方式とすることが可能となる。
【００６７】
以上のように、本発明に係るガス給湯器によれば、給湯器のバイパス率を入水温度と熱交換器出口温度又は出湯温度の２つの変数により制御するようにしたので、電磁弁を用いたストレート出湯／バイパス出湯切替方式としなくても、ドレン発生とボイル発生の双方を回避しつつ、全温度範囲においてバイパス出湯方式とすることが可能となる。
【００６８】
なお、本発明は、上記実施の形態に何ら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で種々の改変が可能である。例えば、上記実施の形態では、入水温度に応じて、バイパス管路に流入する際の水の抵抗を制御すると同時に給水管に導かれる総入水量をも制御する水ガバナを用いているが、ガスバーナの火力が十分であれば、水の抵抗のみを制御する水ガバナを用いても良い。
【００６９】
また、図４において、水ガバナの特性を線ＥＦに示すように、入水温度に対して下に凸の曲線状にバイパス率が変化するように構成しているが、入水温度に対して直線的にバイパス率が変化したり、あるいは上に凸の曲線状にバイパス率が変動するようにしても良く、これにより上記実施の形態と同様の効果が得られる。
【００７０】
【発明の効果】
本発明に係るバイパスミキシング方式のガス給湯器によれば、給湯器のバイパス率を入水温度と熱交換器出口温度又は出湯温度の２つの独立変数により制御するようにしたので、ドレン発生とボイル発生の双方を回避しつつ、全温度範囲においてバイパス出湯方式とすることが可能となるという効果がある。
【００７１】
また、電磁弁を用いたストレート出湯／バイパス出湯切替方式とする必要がないので、電磁弁とそのＯＮ−ＯＦＦ制御機構が不要となり、ガス給湯器の低コスト化が可能となるという効果がある。
【００７２】
さらに、入水温度に応じて、給水管からバイパス管路に流入する水の抵抗を制御すると同時に、給水管に流入する総入水量を制御するようにしたので、入水温度が低い場合でも、出湯温度が設定温度に達しないというおそれもない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るバイパスミキシング方式の給湯器の概略構成図である。
【図２】本発明に使用される水温感応型定流量弁の内部構造を示す図である。
【図３】本発明に係るバイパス率制御弁の内部構造を示す図である。
【図４】入水温度とバイパス率の関係を示す図である。
【図５】入水温度とバイパス率の関係を示す図である。
【図６】本発明の第２の実施の形態に係るバイパス率制御弁の内部構造を示す図である。
【符号の説明】
１０  ガス給湯器
１２  給水管
１４  出湯管
１６  熱交換器
２０  ガスバーナ
３８  バイパス管路
４０  バイパス率制御弁
４４  水温感応型定流量弁
【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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