JP3284039B2 - 給湯器における凍結防止方法、及び凍結防止装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本願発明は給湯器における凍
結防止方法及び凍結防止装置に関し、特に、通常は電気
ヒータによって凍結を防止する給湯器において、停電時
においても凍結を防止できるものに関する。

【０００２】

【従来の技術】給湯器等の給水回路あるいは給湯回路等
の通水回路は常時給水圧が加わり、回路内には水が満た
されている。このため、外気温が凍結温度まで低下して
回路内の水が凍結すると、管路を圧迫して通水回路が破
損する恐れがある。そこで、たとえば、装置内の通水回
路等に電気ヒータを設置することによって、容易に凍結
を防止することができる。

【０００３】また、凍結危険温度になると開弁作動して
通水回路からの排水を行う低温作動弁を採用することも
できる。上記低温作動弁は、たとえば、実開平２−９４
６８９号公報に記載されているもののように、温度変化
によるワックスエレメント等の膨張収縮を利用して弁体
を動かすように構成されている。上記低温作動弁の開弁
温度を凍結が始まる温度以上に設定することにより、通
水回路中の水を排水して凍結を防止できる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところが、上記電気ヒ
ータは電力を供給しなければ機能しないものである。し
たがって、停電時あるいは電気的な故障が生じて電気ヒ
ータに通電されない場合には通水回路の凍結を防止する
ことはできない。一方、低温作動弁は、弁の下流側は大
気開放しているので、水と大気との境界部分である弁座
に水中のミネラル成分が析出し易い。このため、作動回
数が多くなると、弁座が濡れた後、乾燥してミネラル成
分が析出する回数が多くなるため弁座の止水機能が低下
して水漏れが生じやすく、耐久性が劣る。

【０００５】また、低温作動弁を採用するには、排水場
所を確保する必要がある。このため、別途の工事を要し
たり、給湯器の設置場所が限定されるという問題もあっ
た。本願発明は、上述の事情のもとで考え出されたもの
であって、上記従来の問題を解消し、停電時においても
凍結を防止できるとともに、耐久性を十分確保できる凍
結防止方法及び凍結防止装置を提供することを課題とす
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本願発明では、次の技術的手段を講じている。本願
の請求項１に記載した発明は、加熱により通水回路の凍
結を防止する電気ヒータと、凍結危険温度以下になると
感温駆動部が駆動して開弁作動して通水回路からの排水
を行う低温作動弁とを備える給湯器における凍結防止方
法であって、上記通水回路には浴槽への給湯を行うため
の連絡回路を有し、この連絡回路の途中に浴槽への給湯
を制御する開閉弁の上流側と下流側を結ぶバイパス路を
設け、このバイパス路に上記低温作動弁が設けてあり、
通電時には、上記電気ヒータによる加熱によって通水回
路の凍結を防止するとともに上記低温作動弁の開弁作動
を阻止する一方、停電時には、上記低温作動弁の開弁作
動による排水によって通水回路の凍結を防止することを
特徴とする。

【０００７】ここで、凍結危険温度とは、給湯器内の管
路中の水分が凍結する危険が生じ始める温度をいい、大
気温度、水温等を基準とすることができる。給湯器の設
置場所、水質等によって実際の凍結危険温度は異なる
が、一般に、水は摂氏０度以下なると凍結するため、摂
氏０度より若干高い温度を凍結危険温度として、低温作
動弁等の開弁作動温度を設定するのが望ましい。

【０００８】また、停電時とは、電力供給側の事情で電
力を供給できない場合をいうほか、給湯器内の電気回路
等の故障によって、電気ヒータに通電できない場合を含
む。本願の請求項２に記載した発明は、加熱により通水
回路の凍結を防止する電気ヒータと、凍結危険温度以下
になると感温駆動部が駆動して開弁作動して通水回路か
らの排水を行う低温作動弁とを備え、上記通水回路には
浴槽への給湯を行うための連絡回路を有し、この連絡回
路の途中に浴槽への給湯を制御する開閉弁の上流側と下
流側を結ぶバイパス路を設け、このバイパス路に上記低
温作動弁が設けてあり、通電時には、上記電気ヒータに
よる加熱によって通水回路の凍結を防止するとともに低
温作動弁の開弁作動を阻止する一方、停電時には上記低
温作動弁の開弁作動による排水によって凍結を防止する
ように構成したことを特徴とする。

【０００９】本願の請求項３に記載した発明は、請求項
２に記載した発明において、電気ヒータが、低温作動弁
の感温駆動部の近傍に設けられていることを特徴とす
る。近傍とは、電気ヒータの熱的影響が低温作動弁の感
温駆動部に及び、電気ヒータによって低温作動弁の開弁
作動を阻止できる範囲をいう。また、複数の電気ヒータ
が設けられる場合には、その内の一つが低温作動弁の近
傍に配置されていれば足りる。

【００１０】本願の請求項４に記載した発明は、請求項
２に記載した発明において、電気ヒータが、低温作動弁
に対して取付けられていることを特徴とする。たとえ
ば、複数の電気ヒータが設けられる場合には、その内の
一つを低温作動弁の本体に貼着することが考えられる。

【００１１】本願の請求項５に記載した発明は、風呂に
給湯できる給湯器において、上記低温作動弁が開弁作動
したときの排水を、浴槽の排水路を介して行うように構
成したことを特徴とする。本願の請求項６に記載した発
明は、請求項２に記載した発明において、上記低温作動
弁は、その感温駆動部を加熱して開弁作動を阻止する上
記電気ヒータが組み込まれ、温度変化による上記感温駆
動部の動きをピストンの軸方向動に変換し、このピスト
ンの軸方向動によって軸の先端部に備える弁体の開閉を
行うように構成されていることを特徴とする。

【００１２】低温作動弁に組み込まれる電気ヒータは、
給湯器の他の場所に設けられる電気ヒータと同一である
必要はなく、低温作動弁と一体的に構成されるものであ
ればよい。また、設定温度等の条件も異なってもよい。
本願の請求項７に記載した発明は、請求項２から５のい
ずれかに係る凍結防止装置に適用できるものであり、電
気ヒータは所定温度以下で作動し、該所定温度は凍結危
険温度より高いことを特徴とする。

【００１３】

【００１４】

【発明の効果】本願発明においては、通電時に働く電気
ヒータによる凍結防止機能と、停電時に働く低温作動弁
による凍結防止機能を通電の有無によって切り換えるこ
とにより、停電時においても給湯器の凍結を防止するこ
とができる。また、通電時には電気ヒータを利用して低
温作動弁の開弁を阻止することによって、低温作動弁が
頻繁に作動することはなくなる。このため、低温作動弁
の止水能力が低下することもなく、高い信頼性を備える
給湯器を提供することができる。

【００１５】上記低温作動弁からの排水は、バイパス路
を通って浴槽への給湯を行う連絡回路を流れ、浴槽を介
して行われる。このように浴槽に排水する構成を採用す
ることにより、低温作動弁からの排水回路を別途設ける
必要がなくなる。さらに、低温作動弁の開弁作動が、停
電時等の非常時のみに限定されるため、浴槽等に排水す
るように構成しても問題が生じることが少なくなる。こ
のため、給湯器の設置場所の制限が緩和される。

【００１６】

【発明の実施の形態】本願発明に係る凍結防止方法は、
電気ヒータによる凍結防止機能と、低温作動弁による凍
結防止機能の利点を組み合わせ、信頼性の高い凍結防止
方法及び凍結防止装置を構成しようとするものである。
すなわち、通常の通電時には、上記電気ヒータは例えば
外気温が１０℃以下のとき、電気回路から供給される電
力によって発熱し、通水回路を加熱してその凍結を防止
する。

【００１７】ところが、停電によって給湯器に対する電
力の供給が停止し、あるいは給湯器自体の電気回路に異
常が生じ、上記電気ヒータへの電力の供給が停止した場
合には、電気ヒータによって凍結を防止することはでき
ない。本願発明は、上記のような電気的な異常事態が生
じた停電時等の場合に、温度変化によって開弁作動する
低温作動弁によって凍結を回避するものである。

【００１８】低温作動弁は、感温駆動部として例えば温
度変化によって膨張収縮するエレメントや温度変化によ
って変形する形状記憶合金を利用して弁体を駆動するも
のである。本願発明に使用する低温作動弁は、常時は閉
じられている一方、凍結危険温度以下になると自動的に
開弁するように構成される。通常、凍結危険温度とし
て、摂氏０度を基準とすることができる。なお、給湯器
の設置場所、低温作動弁の作動温度誤差や、また、作動
前に凍結が生じてしまわない様早めに作動させる事等を
考慮して、摂氏０度より若干高めの例えば５℃に設定す
るのが好ましい。

【００１９】上記低温作動弁を通水回路に挿入すること
により、凍結危険温度以下に達した場合、上記低温作動
弁が開弁して通水回路中の水を排水する。これにより、
通水回路中の水を流動させ、凍結を防止できる。さら
に、本願発明においては、通電時には、上記ヒータによ
って低温作動弁を加熱してその開弁作動を阻止してい
る。すなわち、電気的に異常がない場合には電気ヒータ
のみによって通水回路の凍結を防止する一方、電気的な
異常が発生した場合にのみ、上記低温作動弁によって凍
結を防止するように構成している。

【００２０】上記構成によって、外気温度が凍結危険温
度に達しても、電気ヒータに通電されている間は上記低
温作動弁が開弁作動することはない。したがって、低温
作動弁の開弁頻度は極めて少なくなる。低温作動弁の開
弁頻度が少ないと、弁座が濡れる頻度が少なくなるため
析出する水中のミネラル分も少なくなる。したがって、
弁座の止水能力が低下するといったこともなくなり、耐
久性に問題が生じることもなくなる。

【００２１】上記手段によって、きわめて信頼性の高い
凍結防止方法及び凍結防止装置を提供することができ
る。請求項３に記載した発明のように、通水回路の凍結
を防止する電気ヒータを利用して低温作動弁の開弁を阻
止するには、電気ヒータを低温作動弁の近傍に設けるこ
とが望ましい。

【００２２】この場合、電気ヒータの設置場所は、電気
ヒータの熱的影響が低温作動弁の感温駆動部に及び、低
温作動弁の開弁作動を阻止できる範囲であればよく、必
ずしも低温作動弁に接触するように設ける必要はない。
たとえば、電気ヒータを、低温作動弁を接続するための
接続管等に設けることが考えられる。

【００２３】また、請求項４に記載した発明のように、
電気ヒータを低温作動弁に対して取り付けることもでき
る。これにより、通電時における低温作動弁の開弁を確
実に阻止することができる。さらに、請求項６に記載し
た発明のように、電気ヒータをあらかじめ組み込んだ低
温作動弁を採用することもできる。

【００２４】低温作動弁に電気ヒータを組み込むことに
より、低温作動弁自体及びその近傍接続管等の凍結を防
止し、かつ電気ヒータ通電中の開弁を確実に阻止するこ
とができる。この場合、低温作動弁に組み込まれる電気
ヒータは、給湯器の通水回路に設けられる凍結防止用電
気ヒータに電力を供給する電気回路から電力を供給する
ように構成するのが望ましい。

【００２５】又、請求項７に記載した発明のように、電
気ヒータが作動する所定温度を凍結危険温度より高く設
定することもできる。これによって、外気温が低下した
際、電気ヒータが優先的に作動するので、通電時には低
温作動弁を確実に閉弁状態に保つことができる。

【００２６】本願発明が適用できる給湯器は、電気ヒー
タが取付けられるものであれば限定されることはなく、
たとえば、ガス給湯器、電気給湯器、石油給湯器等種々
の給湯器に適用することができる。電気ヒータとしても
種々のものを採用することができる。発熱体としては、
たとえば、セラミックヒータ、電熱線ヒータ等を採用す
ることができる。また、電気ヒータの形態及び設置場所
も特に限定されることはなく、たとえば、給湯器の全体
を加熱保温するもの、あるいは通水回路の一部の外周に
巻き付けるもの等種々の形態のものを採用することがで
きる。

【００２７】なお、電気ヒータは通電時に常時作動させ
てもよく、また外気温が高い場合（例えば１０℃以上）
には、ヒータの作動を停止するように制御することもで
きる。もちろん、温度によって抵抗値が変化する常時通
電式の電気ヒータを採用することもできる。以下、本願
発明に係る実施の形態を図に基づいて具体的に説明す
る。

【００２８】図１に、本願発明が適用される給湯器の通
水回路を示す。図１に示す給湯器１はガス給湯器であ
り、給湯用加熱器２と、風呂追焚き用加熱器３とを備え
る。上記給湯用加熱器２と風呂追焚き用加熱器３にはガ
スが供給されて燃焼するバーナ２ａ，３ａ及び熱交換器
２ｂ，３ｂを備え、これら加熱器２，３内を通って配設
される給湯回路４、追焚き回路５を流れる水は熱交換器
２ｂ，３ｂにおいて、バーナ２ａ，３ａの燃焼ガスによ
りそれぞれ加熱するように構成されている。

【００２９】上記給湯用加熱器２の給湯回路４から上記
追焚き回路５を介して浴槽６への給湯を行うための連絡
回路７が設けられるとともに、連絡回路７の途中には浴
槽６への給湯を制御する給湯電磁弁８が設けられてい
る。上記追焚き回路５には、上記風呂追焚き用加熱器３
に浴槽６の湯を循環させるためのポンプ９が設けられて
いる。

【００３０】なお、詳細な説明は省略するが、上記給湯
器１の各回路４，７の所定部位には、温度センサー１
０、水量センサー１１等が設けられており、図示しない
制御装置によって加熱量等を調節して、所望温度で所望
量の給湯ができるように構成されている。上記給湯器１
の給湯回路４及び連絡回路７の凍結を防止するために、
電気ヒータ１２が６箇所に設置されている。これらの回
路４，７には、給湯電磁弁８で止水されて常時水が滞留
するとともに水圧が作用している。したがって、これら
の回路内の水が凍結すると給湯器の破損に到る恐れがあ
るからである。

【００３１】上記電気ヒータ１２には、図示しない制御
装置から電力が供給され、各回路４，７を加熱して凍結
を防止する。なお、実施の形態においては、図示しない
温度センサーによって外気温が約摂氏１０度以下に低下
すると上記電気ヒータ１２を通電作動させ、各回路４，
７の凍結が防止される。尚、追焚き回路５の凍結防止
は、外気温が低下したときポンプ９を作動させて水を循
環させて行うか、または、回路４，７と同様、電気ヒー
タを装着して行えばよい。

【００３２】実施の形態においては、連絡回路７におい
て浴槽６への給湯を制御する給湯電磁弁８の上流側から
下流側に、風呂追焚き用回路５に通じるバイパス回路１
３を設けるとともに、このバイパス回路１３に低温作動
弁１４を設けている。上記低温作動弁１４は、図２に示
すように、温度変化によって膨張収縮する本発明の感温
駆動部としてのワックスエレメント１５を備え、このワ
ックスエレメント１５の動きをピストン１６の軸方向動
に変換し、このピストン１６の軸方向動によって、先端
部に弁体１７を備える軸１８を駆動して弁の開閉を行う
ように構成されている。

【００３３】なお、図２に示す低温作動弁１４は、開弁
した状態を示しているが、凍結危険温度より高い場合に
は、ワックスエレメント１５が膨張して軸１８が下動さ
せられ、弁は閉じられている。ワックスエレメント１５
には、上記ピストン１６が設けられた側の反対側に、上
記ワックスエレメント１５を加熱するための電気ヒータ
１９が設けられ、さらにこの電気ヒータ１９は、連絡回
路７に接近して、連絡回路７の凍結防止の機能も果た
す。

【００３４】上記電気ヒータ１９として、セラミックヒ
ータが採用されており、一対の電極２０，２０が、弁の
外に導かれている。上記電気ヒータ１９は、各通水回路
４，７の凍結を防止する上記電気ヒータ１２と同じ電気
回路から電力が供給されるように構成されている。した
がって、上記電気ヒータ１２に電力が供給されない場合
には、上記電気ヒータ１９にも電力が供給されない。

【００３５】上記低温作動弁１４においては、開弁温度
である凍結危険温度を摂氏５度に設定するとともに、上
記電気ヒータ１９の加熱温度を摂氏３０度に設定してい
る。上記電気ヒータ１２と同じく、外気温が１０℃以下
に低下すると電気ヒータ１９に通電することにより、ワ
ックスエレメント１５が加熱されて膨張し、弁体１７は
閉弁状態に維持される。凍結危険温度（５℃）＜ヒータ
作動温度（１０℃）のため、外気温の低下があるとヒー
タが先に作動し、低温作動弁は閉弁状態を保つ。すなわ
ち、ヒータが優先的に作動する。

【００３６】外気温が凍結危険温度（５℃）以下の温度
であって、停電等により上記電気ヒータ１２，１９に通
電されない事態が生じると、低温作動弁１４が配される
給湯器内部の温度が低下してワックスエレメント１５は
凍結危険温度以下になり、低温作動弁１４が開弁作動し
て停電している間、排水が行われる。この排水量は、水
の流動を起こさせる程度でよく、本実施例では低温作動
弁１４内の流路を少量（４００ｃｃ／分）に設定し、水
の無駄を防止している。

【００３７】上記低温作動弁１４からの排水が行われる
と、各回路４，７及び追焚き回路５内の水が流動して凍
結が防止される。停電が、復帰して通電されると、電気
ヒータ１２，１９が作動し、低温作動弁１４は閉弁し、
凍結防止は電気ヒータに再び切り換わる。尚、通電時は
給湯電磁弁８が開弁して水量センサ１１が通水を検知す
ると、バーナ２ａにガスが供給されて燃焼を開始する
が、低温作動弁１４が開弁する停電中は、電磁ガス弁、
スパーカ等の電気部品が作動せず、燃焼しない。停電が
解消して通電が復帰したとき、上記のごとく、低温作動
弁１４が閉弁して、水の流動が止まるため、燃焼を開始
することがないのは言うまでもない。

【００３８】実施の形態においては、上記バイパス回路
１３の下流部を浴槽６に通じる追焚き回路５に接続して
いるため、低温作動弁１４からの排水は浴槽６を介して
行われる。上記のように浴槽６に排水する構成を採用す
ることにより、低温作動弁１４からの排水回路を別途設
ける必要がなくなり、設置工事等を容易に行うことがで
きる。

【００３９】尚、上記低温作動弁１４からの排水が行わ
れるのは、凍結危険温度（５℃）以下の条件下で電気的
な異常事態が発生した場合に限られ、極めて頻度が少な
いため、浴槽６に排水しても問題はほとんどない。な
お、本願発明は上述の実施の形態に限定されることはな
い。実施の形態においては、電気ヒータ１９を本体内に
組み込んだ低温作動弁１４を採用したが、図３のごとく
電気ヒータ１９をワックスペレット１５の外周部等に別
途取付けた低温作動弁を採用することもできる。

【００４０】また、図４（ａ），（ｂ）に示すごとく電
気ヒータによる開弁の阻止を行うために、連絡回路７に
設けられる電気ヒータ１２を低温作動弁１４のワックス
ペレット１５の近傍に設けて、電気ヒータ１２の熱がワ
ックスペレット１５に及ぶようにしたり、あるいは、図
５に示すごとく、連絡回路７に取付けた電気ヒータの熱
が回路７内の加熱された水を介してワックスペレット１
５に伝わるようにワックスペレット１５を連絡回路７に
接触させてもよい。

【００４１】また、実施の形態においては、浴槽６を介
して排水を行うように構成したが、浴室の他の場所に、
たとえば、洗い場の排水路に排水を行うように構成する
こともできる。また、追焚き用回路５を備えない給湯器
においては、他の場所に排水するように構成することも
できる。

【００４２】尚、感温駆動部としてワックスペレット１
５の代わりに、形状記憶合金やバイメタルを用いてもよ
く、この場合も図６（ａ），（ｂ）に示すごとく、電気
ヒータの熱が直接あるいは水を介して形状記憶合金に伝
わるようにすればよい。図６の（ａ）では、形状記憶合
金１５ａに弁体１７ａが接続されており、凍結危険温度
より高い時は電磁弁８の上流側と下流側とを連通させる
バイパス穴１３ａに弁体１７ａが嵌合して低温作動弁１
４を閉弁状態とする。尚、所定温度以上で電気ヒータ１
２が作動している場合、その発熱が連絡回路７内の水を
介して形状記憶合金１５ａに伝熱されて開弁が阻止され
る。

【００４３】図６の（ｂ）では、形状記憶合金１５ｂが
電気ヒータ１２に常時接触しており、その熱の影響を受
けるように配置されている。凍結危険温度より高い温度
になると、形状記憶合金１５ｂが形状変化（伸長）して
低温作動弁１４を閉弁状態とし、凍結危険温度以下の
時、形状記憶合金１５ｂは縮んで低温作動弁１４は開弁
状態となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明が適用されるガス給湯器の回路の概要
図である。

【図２】低温作動弁の一例を示す断面図である。

【図３】電気ヒータをワックスペレットの外周部等に取
付けた低温作動弁の配管例である。

【図４】連絡回路に設けられたヒータを用いて開弁の阻
止を行う低温作動弁の配管の一例である。

【図５】連絡回路に設けられたヒータを用いて開弁の阻
止を行う低温作動弁の配管の他の例である。

【図６】感熱駆動部として形状記憶合金等を用いた低温
作動部の配管例である。

【符号の説明】 １ 給湯器 ６ 浴槽 １２ 電気ヒータ １４ 低温作動弁 １９ 電気ヒータ

Claims (7)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 加熱により通水回路の凍結を防止する電
   気ヒータと、凍結危険温度以下になると感温駆動部が駆
   動して開弁作動して通水回路からの排水を行う低温作動
   弁とを備える給湯器における凍結防止方法であって、 上記通水回路には浴槽への給湯を行うための連絡回路を
   有し、この連絡回路の途中に浴槽への給湯を制御する開
   閉弁の上流側と下流側を結ぶバイパス路を設け、このバ
   イパス路に上記低温作動弁が設けてあり、 通電時には、上記電気ヒータによる加熱によって通水回
   路の凍結を防止するとともに上記低温作動弁の開弁作動
   を阻止する一方、 停電時には、上記低温作動弁の開弁作動による排水によ
   って通水回路の凍結を防止することを特徴とする、給湯
   器における凍結防止方法。
2. 【請求項２】 加熱により通水回路の凍結を防止する電
   気ヒータと、凍結危険温度以下になると感温駆動部が駆
   動して開弁作動して通水回路からの排水を行う低温作動
   弁とを備え、 上記通水回路には浴槽への給湯を行うための連絡回路を
   有し、この連絡回路の途中に浴槽への給湯を制御する開
   閉弁の上流側と下流側を結ぶバイパス路を設け、このバ
   イパス路に上記低温作動弁が設けてあり、 通電時には、上記電気ヒータによる加熱によって通水回
   路の凍結を防止するとともに低温作動弁の開弁作動を阻
   止する一方、 停電時には上記低温作動弁の開弁作動による排水によっ
   て凍結を防止するように構成したことを特徴とする、給
   湯器における凍結防止装置。
3. 【請求項３】 電気ヒータが、上記低温作動弁の感温駆
   動部の近傍に設けられている、請求項２に記載の凍結防
   止装置。
4. 【請求項４】 電気ヒータが、上記低温作動弁に対して
   取付けられていることを特徴とする、請求項２に記載の
   給湯器における凍結防止装置。
5. 【請求項５】 風呂に給湯できる給湯器において、上記
   低温作動弁が開弁作動したときの排水を、浴槽の排水路
   を介して行うように構成したことを特徴とする、請求項
   ２から請求項４のいずれかに記載の給湯器における凍結
   防止装置。
6. 【請求項６】 上記低温作動弁は、その感温駆動部を加
   熱して開弁作動を阻止する上記電気ヒータが組み込ま
   れ、温度変化による上記感温駆動部の動きをピストンの
   軸方向動に変換し、このピストンの軸方向動によって軸
   の先端部に備える弁体の開閉を行うように構成されてい
   ることを特徴とする、請求項２から請求項５のいずれか
   に記載の給湯器における凍結防止装置。
7. 【請求項７】 電気ヒータは所定温度以下で作動し、該
   所定温度は凍結危険温度より高いことを特徴とする、請
   求項２から請求項６のいずれかに記載の給湯器における
   凍結防止装置。