JP2000081248A - バイパスミキシング式給湯器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 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を可能とする。 【解決手段】 バイパス管９は、上流の第一通路１０と
下流の第二通路１１とに分岐され、出湯管５には、第一
通路１０と第二通路１１との間に位置する形状記憶合金
バネ１６とバイアスバネ１７とにより支持される制御弁
１２が内挿されている。この制御弁１２は、第一，第二
通路１０，１１に夫々対応する開口１８，１９を有し、
開口１８が第一通路１０を開放させるときは、第二通路
１１を閉塞し、開口１９が第二通路１１を開放させると
きは、第一通路１０を閉塞して、バイパス通路を切り替
え可能としている。

Description

【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、そのバイパス管から出湯管への水
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におい
ては、バイパス管から出湯管への水通路に制御弁を設
け、その制御弁のストロークを、熱交換器からの湯の温
度（以下「内胴出口温度」という）又は熱交換器からの
湯にバイパス管からの水を混合した後の湯の温度（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℃）の範囲内に制御可能としてい
る。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、蛇口の開度
の変更等で器具内の流量が変化し、内胴出口温度が変化
することがあると、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、出湯温度のハンチングを招くこ
とがある。具体的に説明すると、例えば器具内の流量変
化（大流量から小流量へ変化）で内胴出口温度が上昇
し、ミキシング温度を上昇させてしまうと、形状記憶合
金バネが動作して制御弁が連動し、バイパス率を低下さ
せて熱交換器側の流量を増加させるため、ミキシング比
率の変化によるミキシング温度の上昇を更に招くが、熱
交換器の熱応答速度により、熱交換器への流量増加によ
る内胴出口温度の低下の影響が現れるまでには時間の遅
れが生じるため、バイパス率の変化からミキシング温度
は遅れて下降を開始する。そして、ミキシング温度の下
降で再び形状記憶合金バネが動作して制御弁が連動し、
バイパス率を増加させても、同様に内胴出口温度の上昇
の影響が現れるタイミングの遅れによって、ミキシング
温度は遅れて上昇することになる。このように、流量変
化に起因したバイパス率の不必要な変化とそれに伴う温
度変化のタイミングの遅れとの繰り返しによって、ミキ
シング温度と略同様に変動する出湯温度が設定温度から
上下してしまうのである。

【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、前記バイパス管と前記出
湯管との接続部を、前記熱応動部材の上流側に開口する
第一通路と、前記熱応動部材の下流側に開口し、前記第
一通路より開口面積の小さい第二通路とに分岐させ、前
記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制御弁に前記第二通路のみ
を夫々開放させる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、適正なバ
イパス率の調整を容易に行い、且つ制御弁の動作を少な
くしてより出湯温度の安定化を得るために、バイパス管
と給水管との接続部に、前記バイパス管への水量を制御
可能な第二制御弁と、前記バイパス管又は給水管内の水
の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たものである。

【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が接続される
が、バイパス管９は、出湯管５との接続部を、上流側の
第一通路１０と下流側の第二通路１１との２つのバイパ
ス通路（但し、開口面積は第二通路１１の方が小さい）
に分岐させている。一方、出湯管５には、筒状の制御弁
１２が、出湯管５内に設けた上流側のストッパ１４と下
流側のストッパ１５とに夫々規制される上下限位置内を
スライド可能に内挿されているが、制御弁１２内の中壁
１３を挟んでストッパ１４との間には、第一通路１０と
第二通路１１との間に位置する熱応動部材としての形状
記憶合金バネ１６が、ストッパ１５との間には、普通の
コイルバネであるバイアスバネ１７が夫々配置されてお
り、制御弁１２は、形状記憶合金バネ１６とバイアスバ
ネ１７とのバランスにより支持されている。又、制御弁
１２には、上下の第一，第二通路１０，１１に夫々同じ
開口面積で対応する開口１８，１９を形成しているが、
ここでは、上流の開口１８が第一通路１０の位置にある
ときは、下流の開口１９は第二通路１１より上流側にあ
って制御弁１２は第二通路１１を閉塞し、下流の開口１
９が第二通路１１の位置にあるときは、上流の開口１８
は第一通路１０より下流側にあって制御弁１２は第一通
路１０を閉塞する位置関係となっている。尚、２０，２
０・・は、夫々出湯管５内の湯をストッパ１４，１５及
び中壁１３に通過させるための透孔である。

【０００８】一方、給水管２とバイパス管９との接続部
分にも、両配管の間に開口する弁座２１を開閉する第二
制御弁２２が、バイパス管９方向に設けられ、この第二
制御弁２２も、バイパス管９内の段部２３との間に配置
される第二熱応動部材としての形状記憶合金バネ２４
と、給水管２内のバネ受２６との間に配置されるバイア
スバネ２５とのバランスによって支持されている。

【０００９】そして、出湯管５側の形状記憶合金バネ１
６は、図３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１７とのバランス
により制御弁１２のストロークを図１の位置に維持させ
る。そして感知温度が５７℃を超えると、荷重を増加さ
せて制御弁１２を押し下げ、バイアスバネ１７とのバラ
ンスにより６０℃で荷重を一定させる。この動作に伴う
制御弁１２のストロークにより、図２の如く第一通路１
０は閉塞されて下流側の第二通路１１が開かれることに
なる。同様に、この位置から感知温度が５７℃を下回る
と、形状記憶合金バネ１６は荷重を減少させるため、制
御弁１２はバイアスバネ１７により押し上げられ、図１
の位置に復帰する。このように制御弁１２のストローク
に伴う第一，第二通路１０，１１の切り替えにより、５
７℃以上を感知して制御弁１２を押し下げた後は、下流
の第二通路１１の開放により形状記憶合金バネ１６は内
胴出口温度を、５７℃以下の場合は、上流の第一通路１
０の開放により形状記憶合金バネ１６はミキシング温度
を夫々感知することになる。一方、バイパス管９側の形
状記憶合金バネ２４は、入水温度の上昇に応じて荷重を
連続的に増加させ、バイアスバネ２５とのバランスで第
二制御弁２２のストロークを決定する。即ち、図４のグ
ラフａに示す如く、入水温度の変化５〜３０℃に対し、
１９．５〜５０．０％の範囲でバイパス率を連続的に変
化させるものとなっている。

【００１０】以上の如く構成された給湯器においては、
出湯温度が３８〜５０℃の場合は、ミキシング温度を感
知する出湯管５側の形状記憶合金バネ１６は動作せず、
制御弁１２は図１のように第一通路１０のみを開く位置
にあり、バイパス率は、バイパス管９側の形状記憶合金
バネ２４によって、先述の１９．５〜５０．０％の範囲
で設定される。これにより内胴出口温度は、図４の一点
鎖線のグラフ〜（グラフ左端の数字は出湯温度を示
す）の如く、入水温度５〜３０℃の変化に拘わらず、ド
レン限界である４６℃以上を維持できることになる。
又、内胴出口温度が５７℃を超えても、形状記憶合金バ
ネ１６はミキシング温度を感知するため、出湯温度が５
７℃以下の低温域であれば、形状記憶合金バネ１６が動
作することはない。そして、出湯温度が６０℃又は７０
℃の場合は、バイパス管９側の制御弁２２のみによるバ
イパス率の設定では、点線のグラフ10及び11のように沸
騰限界である８５℃以下を維持できないが、感知温度が
５７℃を超えることで形状記憶合金バネ１６が動作し
て、制御弁１２は図２のように第二通路１１のみ開く位
置にあり、バイパス管９からの流量は絞られるため、バ
イパス率はグラフｂに示す如く、１３．３〜１６．３％
の変化の小さい範囲で設定される。これにより内胴出口
温度は、二点鎖線のグラフ及びで示すように、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℃又は７０℃の高温域であれば、内胴出口温度
はこれ以上の温度となるから、ここで内胴出口温度を直
接感知する形状記憶合金バネ１６が動作することはな
い。

【００１１】このように、上記実施の形態によれば、適
正なバイパス率の調整により、熱交換器４にドレンの発
生や沸騰を生じさせない内胴出口温度の範囲を維持可能
となる。特にここでは、バイパス管９を分岐させて、出
湯管５側の形状記憶合金バネ１６に、３８〜５０℃では
ミキシング温度を、６０℃又は７０℃ではそれより高い
内胴出口温度を夫々感知させるように制御弁１２によっ
てバイパス通路を切り替えることで、形状記憶合金バネ
１６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１６の動作開始温度を５７℃と比較的高
く設定可能となり、一旦バイパス通路を切り替えた後
は、制御弁１２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
量が変化して内胴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のである。又、バイパス
管９への水量を制御する第二制御弁２２を設けたこと
で、流量変化の影響のない第二制御弁２２を主体とし
て、適正なバイパス率の調整を容易に行うことができ
る。このとき出湯管５側の制御弁１２は、第二制御弁２
２でカバーできない入水温度範囲で且つ高温出湯でのバ
イパス率調整のために補助的に機能しているため、制御
弁１２によるバイパス率調整の頻度、即ち制御弁１２の
動作はより少なくなって出湯温度の安定化に好ましい形
態となる。

【００１２】尚、上記形態では、第一，第二通路の開口
面積によって両者の流量に差を設けているが、第一，第
二通路の開口面積は同じで制御弁の開口の面積を変える
ことで流量の差を設けることもできる。又、上記形態で
は、制御弁１２に各通路に対応する開口を夫々１つずつ
形成しているが、この開口を面積の異なる複数個ずつ設
けて、制御弁のストロークの変化に応じて順次対応させ
ることで、各通路に対して更に流量の微調整を可能とし
ても良い。更に、制御弁の開口をなくして、筒状体自体
の上下で両通路を夫々開閉させる構成も考えられる。そ
の他、入水温度範囲や内胴出口温度の適正範囲、出湯温
度範囲等は上記形態に限定するものでなく、器具の種類
等に合わせて適宜変更可能である。従って、場合によっ
ては、バイパス管９側の第二制御弁２２をなくして、制
御弁１２のみで必要なバイパス率の設定（例えば第一通
路の開放で４０％、第二通路の開放で１０％のバイパス
率設定等）を行うこともできる。

【００１３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、バイパ
ス管を分岐して前記第一，第二通路を設け、熱応動部材
の所定温度での動作により、低温域では第一通路を、高
温域では第二通路を夫々開放させる構成としたことで、
熱応動部材の感知温度にミキシング温度と内胴出口温度
とのヒステリシスを持たせてその動作開始温度を比較的
高く設定可能となり、制御弁の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
して内胴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のである。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、バイパス管と給水管
との接続部に、前記第二制御弁と第二熱応動部材とを設
けたことで、流量変化の影響のない第二制御弁を主体と
して、適正なバイパス率の調整を容易に行うことができ
る上、制御弁の動作がより少なくなって出湯温度の安定
化に好ましい形態となる。

【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
（制御弁１２は第一通路１０の開放位置）。

【図２】バイパスミキシング式給湯器の概略図である
（制御弁１２は第二通路１１の開放位置）。

【図３】形状記憶合金バネ１６の温度に対する荷重の変
化を示すグラフである。

【図４】入水温度に対するバイパス率の変化と入水温度
に対する内胴出口温度の出湯温度ごとの変化とを示すグ
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、４
・・熱交換器、５・・出湯管、９・・バイパス管、１０
・・第一通路、１１・・第二通路、１２・・制御弁、１
６，２４・・形状記憶合金バネ、１７，２５・・バイア
スバネ、２２・・第二制御弁。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【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、前記熱交換器から湯を送出
   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を連動させる熱応
   動部材とを設け、前記熱応動部材による前記制御弁の動
   作制御により、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、 前記バイパス管と前記出湯管との接続部を、前記熱応動
   部材の上流側に開口する第一通路と、前記熱応動部材の
   下流側に開口し、前記第一通路より開口面積の小さい第
   二通路とに分岐させ、前記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制
   御弁に前記第二通路のみを夫々開放させることを特徴と
   するバイパスミキシング式給湯器。
2. 【請求項２】 バイパス管と給水管との接続部に、前記
   バイパス管への水量を制御可能な第二制御弁と、前記バ
   イパス管又は給水管内の水の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た請求
   項１に記載のバイパスミキシング式給湯器。