JP2005257148A - 貯湯式温水器および貯湯式温水器の空気抜き弁 - Google Patents

貯湯式温水器および貯湯式温水器の空気抜き弁 Download PDF

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Abstract

【課題】熱損失を抑え、貯湯量を最大限有効利用でき、貯湯タンク内の空気抜きを実現し、かつ、貯湯タンク内の水位の検出を通じた空炊き防止を可能とする貯湯式温水器および貯湯式温水器の空気抜き弁を提供する。
【解決手段】整流板42が、貯湯タンク6内で既に沸上っている温水と新たに供給された冷水との間の渦流の発生を抑え、給湯手段25が、温水を給湯手段25の開口部まで吐出した時、開口部の下部には比重の重い冷水が満たされ、開口部上部には比重の軽い温水が残るという現象を防ぎ、空気抜き弁33が、貯湯タンク6内の空気抜きを行うとともに、貯湯タンク6内の水位を検出して電気ヒータ発熱部21の空炊きを防止する。
【選択図】図3

Description

本発明は、貯湯式温水器に関し、特に、貯湯タンクの長手方向をほぼ水平方向に配置してなる、高さを低くした家屋の床下、ガレージの床下、階段下などへの設置に適した貯湯式温水器および貯湯式温水器の空気抜き弁に関するものである。
図4(A)は、これまで主流を占めてきた従来の貯湯式温水器の構成を示す図である。図4(A)に示すように、従来の貯湯式温水器は、ほぼ垂直方向を長手方向とした貯湯タンク1を備え、該貯湯タンク1の下部へ連通して上水道から貯湯タンク1に給水する給水手段2と、電気ヒータ又はヒートポンプなどの、貯湯タンク1内の水を所定の温度に沸き上げる沸き上げ手段3と、沸上った湯から外気への放熱を抑制する保温手段4と、貯湯タンク1の上部に連通して給水手段2から供給される水圧を利用して、台所、洗面所、浴室などに沸上った湯を供給するための給湯手段5で構成される。
最近、設置面積の確保が困難な住宅環境が増加したことから、家屋の床下、ガレージの床下、階段下など単独の設置スペースを確保しなくても設置できる貯湯式温水器のニーズが増加してきた。該ニーズに対応するためには、高さ方向を抑え、貯湯量ができる限り大きく、保温性能・使用性能の良い、貯湯式温水器を必要とする。
図4(B)は、このニーズを満たす目的で、ほぼ水平方向を長手方向とした貯湯タンク6と、該貯湯タンク6の下部へ連通して上水道から貯湯タンク6に給水する給水手段7と、電気ヒータ又はヒートポンプなどの、貯湯タンク6内の水を所定の温度に沸き上げる沸き上げ手段8と、沸上った湯から外気への放熱を抑制する保温手段9と、貯湯タンク6の上部に連通して給水手段7から供給される水圧を利用して、台所、洗面所、浴室などに沸上った湯を供給するための給湯手段10とを備えた従来の貯湯式温水器の構成を示す図である。
図5は、図4(B)に示した、ほぼ水平方向を長手方向とする貯湯タンク6を有する貯湯式温水器の、既に沸上っている湯と新たに供給した水とが混合してしまうという弱点や給湯手段10の開口部分で温水と冷水の比重差に起因して温水の取り出し残が生じるという弱点を補うための構成を備えた従来の貯湯式温水器の構成を示す図である。
図5(A)は、貯湯タンク6の上面に給湯手段10を設けた従来の貯湯式温水器の構成を示す図である。図5(B)は、給水手段11の貯湯タンク6への開口部を複数の下向きの穴の空いたパイプで構成し、既に沸上っている湯と、新たに供給した水が混合しにくいように配慮した従来の貯湯式温水器の構成を示す図である。
図5(C)は、貯湯タンク6を給水手段7側を低く給湯手段10側を高く傾斜させることにより、給水手段7の開口部付近の湯水混合量を抑えると共に、給湯手段10の開口部が貯湯タンク6の最上部近くに開口することにより、温水の取り出し残を減らして有効湯量を多く確保するように配慮した従来の貯湯式温水器の構成を示す図である。
図6は、空気抜きのための従来技術を示す。図6(A)に示す従来の貯湯式温水器は、貯湯タンク6の頭頂部に、貯湯タンク6内に溜まった空気を外部に放出するための、図6(C)に示す構造の空気抜き弁12を取り付けた構成を採る。
図6(B)に示す従来の貯湯式温水器は、給湯手段10の途中に図6(C)に示す構造の空気抜き弁12を取り付けた構成を採る。
図6(C)は、上記図6(A)または図6(B)の貯湯式温水器に用いられる、従来の空気抜き弁12の構成を示す図である。この空気抜き弁12は、下部に接続口14を設けた弁体13と、弁体13の内部に設け水位の上下に連動して上下するフロート15と、フロート15に連動して動くリンク機構16と、リンク機構16に連動して排気口18を開閉する弁17とを備える。
図7は、空炊き防止のための従来技術を示す。図7(A)は、水圧により貯湯タンク6内の水位を検出する水位検出手段19と、水位検出手段19の情報を基に沸き上げ手段40へ供給する電源をON、OFFする制御部20を備え、沸き上げ手段40の空炊きを防止するようにした従来の貯湯式温水器の構成を示す図である。
図7(B)に、上記図7(A)に示す従来の貯湯式温水器の沸き上げ手段40を構成する各手段と、制御部20とを示す。沸き上げ手段40は、電気ヒータ発熱部21と電気ヒータ発熱部21の取付フランジ22と、取付フランジ22に取付けたバイメタル式の温度過昇検出センサ23とから構成される。また、制御部20は、温度過昇検出センサ23が検出した取付フランジ22の温度過昇情報を基に電気ヒータ発熱部21に供給する電源をON、OFF制御する。
なお、従来技術に関して、例えば、下記の特許文献1に、一般家庭の洗面台及びトイレに湯水を供給する即湯システムが記載されている。
特開平5−203170号公報
上記従来技術のうち、図4(A)または図4(B)に示す構成を採る貯湯式温水器では、給水手段2の貯湯タンク1への開口部付近または給水手段7の貯湯タンク6への開口部付近で湯水の混合が多く実用的でない。この問題を解決するための図5(B)に示す貯湯式温水器では、加工が複雑で、かつ下向きに開ける穴の大きさ及び数量の最適条件が給水する水圧及び流量により左右される問題がある。
また、図4(B)に示す構成を採る貯湯式温水器が備える給湯手段10では、給湯手段10の貯湯タンク6内の開口部分で、温水と冷水の比重差に起因して、温水の取り出し残が生ずるため貯湯タンク6の有効利用ができない。
この問題を解決するための図5(A)に示す構成を採る貯湯式温水器では、高さが高くなり、設置スペースが大きくなるため、貯湯タンク6の長手方向をほぼ水平にした効果が薄れる。また、図5(C)に示す構成を採る貯湯式温水器では、傾斜するための構造が複雑となって高さも高くなり、貯湯タンク6の長手方向をほぼ水平にした効果が薄れる。
また、貯湯タンク6内の空気を貯湯タンク6外へ放出する従来技術のうち、図6(A)に示す構成を採る貯湯式温水器では高さが高くなり、図6(B)に示す構成を採る貯湯式温水器では貯湯タンク6の上部の空間が多くなるという問題がある。
また、上記図6(A)または図6(B)の貯湯式温水器に用いられる、図6(C)に示す構成を採る従来の空気抜き弁の構成では、弁体13の内部を空気の溜り代とすること、弁体13の下部に接続口14を設けることから、高さを低くできないという制約があった。
また、電気ヒータの空炊き防止に係る従来技術では、図7(A)に示す構成を採る貯湯式温水器では水圧と水位の関係が画一的でなく、応答も遅いという問題があり、また、図7(B)に示す構成を採る貯湯式温水器では、取付フランジ22の温度過昇情報を検出するために、まず沸き上げ手段40に電源を供給しなければならないという問題があった。
本発明は、上記従来技術の問題点を解決し、熱損失を抑え、貯湯量を最大限有効利用でき、貯湯タンク内の空気抜きを実現し、かつ、貯湯タンク内の水位の検出を通じた空炊き防止を可能とする貯湯式温水器および貯湯式温水器の空気抜き弁の提供を目的とする。
上記課題を解決するため、第1の本発明は、給水手段の貯湯タンクへの開口部分で、既に沸上って貯湯タンクに貯えている湯と新たに給水手段から供給した水の混合を最小限に止めることにより有効湯量を多く確保する手段を提供する。
更に、第1の本発明は、給湯手段の貯湯タンクへの開口部分で発生する、温水と冷水の比重差による取り出し残の湯量を最小限に止めることにより有効湯量を多く確保する手段を提供する。
第2の本発明は、給水手段から供給される水に混合されて貯湯タンク内に入って来て貯湯タンクの上部に溜まった空気層、及び貯湯タンク内で湯又は水から分離して貯湯タンクの上部に溜まった空気層を一点に集めて貯湯タンクの外部へ放出する手段を提供する。
上記第2の本発明は、貯湯式温水器の高さを低く抑え、且つ貯湯タンクの上部に溜まった空気層を外部へ放出するという機能を有効に働かせるための小型空気抜き弁をその構成として備える。
第3の本発明は、貯湯タンク内の水位を空気抜き弁で検出し、電気ヒータへ供給する電源を制御することにより電気温水器の空炊きを防止する手段を提供する。上記第3の本発明は、貯湯タンク内の水位を検出する空気抜き弁をその構成として備える。
すなわち、本発明は、貯湯式温水器であって、水平方向を長手にした貯湯タンクと、前記貯湯タンクの下部へ連通して前記貯湯タンクに給水する給水手段と、前記貯湯タンク内の水を沸き上げる沸き上げ手段と、前記貯湯タンクからの放熱を抑制する保温手段と、前記貯湯タンクの上部に連通して前記貯湯タンク外部へ給湯する給湯手段とを備え、前記給水手段は、前記貯湯タンクの内部に突き出し、前記貯湯タンクの下部方向に開放した半月形状の断面を有する整流手段を備え、前記給湯手段は、前記貯湯タンク内で前記貯湯タンクの上部方向に屈曲し、前記貯湯タンクの最上部で開口する開口部を備えることを特徴とする貯湯式温水器である。
また、本発明は、前記貯湯式温水器において、前記沸き上げ手段は、前記貯湯タンク上部に設けられ、前記貯湯タンクの内部に溜まった空気を前記貯湯タンクの外部に放出する空気放出手段を備えることを特徴とする貯湯式温水器である。
また、本発明は、前記貯湯式温水器において、前記空気放出手段は、前記貯湯タンクと連通して前記貯湯タンク内の空気および水が出入りする開口部と、前記空気放出手段の内部に設けられ、前記空気放出手段内の水位に連動して上下動するフロート部と、前記フロート部の上下動を弁部に伝達するリンク部と、前記リンク部から伝達された前記フロート部の上下動に連動して開閉する弁部とを備えることを特徴とする貯湯式温水器である。
また、本発明は、貯湯式温水器の貯湯タンクの内部に溜まった空気を貯湯タンクの外部に放出する空気抜き弁であって、前記貯湯タンクと連通して前記貯湯タンク内の空気および水が出入りする開口部と、前記空気抜き弁の内部に設けられ、前記空気抜き弁内の水位に連動して上下動するフロート部と、前記フロート部の上下動を弁部に伝達するリンク部と、前記リンク部から伝達された前記フロート部の上下動に連動して開閉する弁部とを備えることを特徴とする貯湯式温水器の空気抜き弁である。
また、本発明は、前記貯湯式温水器において、前記沸き上げ手段は、前記貯湯タンク上部に設けられ、前記貯湯タンクの内部に溜まった空気を前記貯湯タンクの外部に放出する空気放出手段と、前記空気放出手段から伝達された電気信号に基づいて、前記貯湯タンク内の水の沸き上げ動作を制御する制御手段とを備え、前記空気放出手段は、前記貯湯タンクと連通して前記貯湯タンク内の空気および水が出入りする開口部と、前記空気放出手段の内部に設けられ、前記空気放出手段内の水位に連動して上下動するフロート部と、前記フロート部の上下動を弁部に伝達するリンク部と、前記リンク部から伝達された前記フロート部の上下動に連動して開閉する弁部と、前記フロート部の上下動を検出して、検出結果を電気信号として前記制御手段に伝達する検出部とを備えることを特徴とする貯湯式温水器である。
本発明によれば、従来技術では実現ができなかった、高さが低く、貯湯タンクの内容積をフルに活用した、保温性能・使用性能の優れた横型の貯湯式温水器を提供することができる。
特に、本発明によれば、給湯手段の貯湯タンクへの開口部分で発生する、温水と冷水の比重差による取り出し残の湯量を最小限に止めることができ、有効湯量を多く確保することが可能となる。
また、本発明によれば、貯湯タンクの上部に溜まった空気層を一点に集めて貯湯タンクの外部へ放出することが可能となる。
また、本発明によれば、貯湯タンク内の水位を空気抜き弁で検出し、電気ヒータへ供給する電源を制御することにより電気ヒータの空炊きを防止することが可能となる。
以下に本発明の実施の形態について、図を用いて説明する。図1(A)または図1(B)は、本発明の第1の実施の形態に係る貯湯式温水器の構成を示す図である。図1(A)において、6は貯湯タンク、9は保温手段、24は給水手段、25は給湯手段、41は電気ヒータ及びヒートポンプなどの沸き上げ手段、42は給水手段が備える整流板である。
図1(A)に示すように、給湯手段25は、貯湯タンク6の上部に向かって屈曲し貯湯タンク6の頭頂部に極近い位置で開口している。
図1(B)は本発明の第1の実施の形態に係る貯湯式温水器の断面図である。図1(B)に示すように、給水手段24の整流板42は、貯湯タンク6の下部に向かって開放した半月形状の断面を有している。
貯湯タンク6の下部に向かって開放した半月形状の断面を持ち貯湯タンク6の内部に向かって突き出した整流板42を設けた給水手段24は、貯湯タンク6内に給水した時に貯湯タンク6内で既に沸上っている温水と新たに供給された冷水の間で流速の違いにより発生する渦流を抑える。従って、本発明は、該渦流により温水と冷水が混合して生じる熱損失を抑えることができる。
更に、給水手段24は、下向きに且つ長手方向に開放した吸水口により、供給された冷水が貯湯タンク6の下部に均等に分布するようにして、温水と冷水の比重差により温水と冷水の境界を乱すことが無いようにする。
また、貯湯タンク6の上部に向かって屈曲し、貯湯タンク6の頭頂部に極近い位置で開口する給湯手段25により、貯湯タンク6内の温水を給湯手段25の開口部まで吐出した時、開口部の下部には比重の重い冷水が満たされ、開口部上部には比重の軽い温水が残るという現象を防ぐ。従って、本発明によれば、貯湯タンク6の内容積をフル活用することができる。
図2は、本発明の第2の実施の形態に係る貯湯式温水器の構成を示す図である。本発明の第2の実施の形態では、給水手段24から供給される水に混合して貯湯タンク6内に入り貯湯タンク6の上方に溜まる空気層及び貯湯タンク6内で分離して貯湯タンク6の上方に溜まる空気層を一点に集めて貯湯タンク6外へ放出する。
図2(A)において、41は電気ヒータを用いた沸き上げ手段である。沸き上げ手段41は、図2(B)に示す電気ヒータ発熱部21と、電気ヒータ発熱部21の取付フランジ22と、取付フランジ22に取付けられた空気抜き弁26とから構成される。
貯湯タンク6内の空気層が貯湯タンク6の上部に集まると、これを貯湯タンク6の上部に突出して設けた電気ヒータ取付部45に集め、空気抜き弁26によって貯湯タンク6内の空気を貯湯タンク6の外部へ放出する。
図2(C)は、空気抜き弁26の構成を示す図である。空気抜き弁26は、弁体27と、開口部28−1〜28−3と、フロート29と、フロート29の上下動を弁31に伝えるリンク機構30と、弁31と、排気口32とから構成される。
弁体27の中央部付近に貯湯タンク6の上部に設けた取付フランジ22への取付け部(図2(C)の点線で囲った部分)が設けられている。その取付部の直下と弁体27の最下部に、貯湯タンク6と連通して貯湯タンク6内の空気および湯水が自由に移動する開口部28−1〜28−3が設けられている。
開口部28を通して弁体27には水が入ってくる。フロート29は、貯湯タンク6内の水位の変化に伴って上下動する弁体27の内部の水位に連動して上下に移動する。フロート29の上下動は、リンク機構30により弁31に伝達され、弁31が弁体27の上部に設けた排気口32を開閉する。
フロート29が沈んでいる間は、弁31が排気口32を閉じないため、排気口32が開いて、電気ヒータ取付部45に溜まった空気が貯湯タンク6の外部に排出される。貯湯タンク6が温水又は冷水により満たされた時は、フロート29の浮力により弁31が排気口32を閉じて、温水又は冷水の排出を防止する。従って、本発明によれば、貯湯タンク6を傾斜させたり貯湯タンク6に専用の空気溜りを設けること無く、高さを抑えた空気抜き機能付きの貯湯式温水器を提供することができる。
図3は、本発明の第3の実施の形態に係る貯湯式温水器の構成を示す図である。本発明の第3の実施の形態は、水位検出機能を有する空気抜き弁33により得た情報を基に、電気ヒータ発熱部21周辺に水が無い状態で電気ヒータ発熱部21に通電し、電気ヒータが空炊き状熊になることを防止する。
図3(A)において、43は電気ヒータを用いた沸き上げ手段である。沸き上げ手段43は、図3(B)に示す制御部44と、電気ヒータ発熱部21と、電気ヒータ発熱部21の取付フランジ22と、取付フランジ22に取付けられた空気抜き弁33とから構成される。空気抜き弁33は、空気抜き弁33内部の水位を検出する機能を有している。
空気抜き弁33は、空気抜き弁33内部の水位に関する情報を制御部44に伝達する。制御部44は、空気抜き弁33から受け取った情報を取り込んで、電気ヒータ発熱部21への電源の供給を制御する。
すなわち、制御部44は、貯湯タンク6内が温水又は冷水で満たされていない時は、電気ヒータ発熱部21への通電をロックし、満たされている時は電気ヒータ発熱部21への通電を可能にする。従って、本発明は、専用の水位検出装置を設けることなく、電気ヒータ発熱部21へ通電する前に、直接水位情報を基にした応答性の良い電気ヒータの空炊き防止を可能とすることができる。
図3(C)は、空気抜き弁33の構成を示す図である。空気抜き弁33は、弁体27と、開口部28−1〜28−3と、フロート29と、フロート29の上下動を弁31に伝えるリンク機構30と、弁31と、排気口32と、弁31またはフロート29に取り付けられた被検出手段34と、弁31の開閉またはフロート29の上下動を検出する検出手段35とを備える。
なお、図3(C)では、被検出手段34は弁31に取り付けられており、検出手段35は弁31による排気口32の開閉を検出する。弁31がフロート29に取り付けられた構成においては、検出手段35はフロート29の上下動を検出する。また、被検出手段34としては、例えば磁力線を発生させる手段を用い、検出手段35としては、例えば磁力線により開閉するリレーを用いることとする。
図3(C)に示す開口部28を通して弁体27内に水が入ってくる。フロート29は、貯湯タンク6内の水位の変化に伴って上下動する弁体27の内部の水位に連動して浮沈する。貯湯タンク6内の水位の上昇に伴ってフロート29が浮上すると、フロート29の浮力がリンク機構30により弁31に伝達され、弁31が排気口32を閉じる。このとき、弁31に取り付けられた被検出手段34は検出手段35と対向する高さに達する。
検出手段35は、被検出手段34から発生する磁力線を検出し、制御部44に電気信号を伝達する。制御部44は、検出手段35から電気信号を受け取ると、電気ヒータ発熱部21へ電源の供給を行う。
一方、貯湯タンク6内の水位の下降に伴ってフロート29が沈むと、弁31が排気口32から離れ、排気口32が開かれる。このとき、被検出手段34は検出手段35より下方に位置する。検出手段35は被検出手段34から発生する磁力線を検出しなくなり、制御部44に電気信号を伝達する。制御部44は、検出手段35から電気信号を受け取ると、電気ヒータ発熱部21への電源の供給を停止する。
本発明の第1の実施の形態に係る貯湯式温水器の構成を示す図である。 本発明の第2の実施の形態に係る貯湯式温水器の構成を示す図である。 本発明の第3の実施の形態に係る貯湯式温水器の構成を示す図である。 従来の貯湯式温水器の構成を示す図である。 従来の貯湯式温水器の構成を示す図である。 従来の貯湯式温水器の構成を示す図である。 従来の貯湯式温水器の構成を示す図である。
符号の説明
1、6 貯湯タンク
2、7、11、24 給水手段
3、8、40、41、43 沸き上げ手段
4、9 保温手段
5、10、25 給湯手段
12、26、33 空気抜き弁
13、27 弁体
14 接続口
15、29 フロート
16、30 リンク機構
17、31 弁
18、32 排気口
19 水位検出手段
20、44 制御部
21 電気ヒータ発熱部
22 取付フランジ
23 温度過昇検出センサ
28−1、28−2、28−3 開口部
34 被検出手段
35 検出手段
42 整流板
45 電気ヒータ取付部

Claims (5)

  1. 貯湯式温水器であって、
    水平方向を長手にした貯湯タンクと、
    前記貯湯タンクの下部へ連通して前記貯湯タンクに給水する給水手段と、
    前記貯湯タンク内の水を沸き上げる沸き上げ手段と、
    前記貯湯タンクからの放熱を抑制する保温手段と、
    前記貯湯タンクの上部に連通して前記貯湯タンク外部へ給湯する給湯手段とを備え、
    前記給水手段は、前記貯湯タンクの内部に突き出し、前記貯湯タンクの下部方向に開放した半月形状の断面を有する整流手段を備え、
    前記給湯手段は、前記貯湯タンク内で前記貯湯タンクの上部方向に屈曲し、前記貯湯タンクの最上部で開口する開口部を備える
    ことを特徴とする貯湯式温水器。
  2. 請求項1に記載の貯湯式温水器において、
    前記沸き上げ手段は、
    前記貯湯タンク上部に設けられ、
    前記貯湯タンクの内部に溜まった空気を前記貯湯タンクの外部に放出する空気放出手段を備える
    ことを特徴とする貯湯式温水器。
  3. 請求項2に記載の貯湯式温水器において、
    前記空気放出手段は、
    前記貯湯タンクと連通して前記貯湯タンク内の空気および水が出入りする開口部と、
    前記空気放出手段の内部に設けられ、前記空気放出手段内の水位に連動して上下動するフロート部と、
    前記フロート部の上下動を弁部に伝達するリンク部と、
    前記リンク部から伝達された前記フロート部の上下動に連動して開閉する弁部とを備える
    ことを特徴とする貯湯式温水器。
  4. 貯湯式温水器の貯湯タンクの内部に溜まった空気を貯湯タンクの外部に放出する空気抜き弁であって、
    前記貯湯タンクと連通して前記貯湯タンク内の空気および温水が出入りする開口部と、
    前記空気抜き弁の内部に設けられ、前記空気抜き弁内の水位に連動して上下動するフロート部と、
    前記フロート部の上下動を弁部に伝達するリンク部と、
    前記リンク部から伝達された前記フロート部の上下動に連動して開閉する弁部とを備える
    ことを特徴とする貯湯式温水器の空気抜き弁。
  5. 請求項1に記載の貯湯式温水器において、
    前記沸き上げ手段は、
    前記貯湯タンク上部に設けられ、
    前記貯湯タンクの内部に溜まった空気を前記貯湯タンクの外部に放出する空気放出手段と、
    前記空気放出手段から伝達された電気信号に基づいて、前記貯湯タンク内の水の沸き上げ動作を制御する制御手段とを備え、
    前記空気放出手段は、
    前記貯湯タンクと連通して前記貯湯タンク内の空気および水が出入りする開口部と、
    前記空気放出手段の内部に設けられ、前記空気放出手段内の水位に連動して上下動するフロート部と、
    前記フロート部の上下動を弁部に伝達するリンク部と、
    前記リンク部から伝達された前記フロート部の上下動に連動して開閉する弁部と、
    前記フロート部の上下動を検出して、検出結果を電気信号として前記制御手段に伝達する検出部とを備える
    ことを特徴とする貯湯式温水器。
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