JP3932226B2 - バイパスミキシング式給湯器 - Google Patents

Description

【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１９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、２０，２０・・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１６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１０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、５７℃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１０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▲１▼〜▲７▼（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５７℃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▲８▼及び▲９▼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２２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、１６，２４・・形状記憶合金バネ、１７，２５・・バイアスバネ、２２・・第二制御弁。

Claims (2)

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. 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。

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