JP3932331B2 - 給湯機 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、太陽熱温水器に接続された給湯機に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、この種の給湯機のシステムは図4に示すような構成となっていた。
【0003】
図4において、1は太陽熱温水器、2は給湯機、34は水路切換弁である。この水路切換弁34には、水道管からの冷水が直接冷水通路30より導入されると共に、太陽熱温水器1で温められて温水として温水通路31より導入される。水路切換弁34は、温水通路31と冷水通路30からの温水と冷水のいずれか選択されたものを、給水通路32を通じて、給湯機2に供給する。この水路切換弁34は一般的には電動式の弁を用い、その近くに切替用のスイッチ(図示せず)を設けたものが多く、季節によって温水通路31の温水と冷水通路30の冷水のいずれかを選択して使用する。他には給湯機2のリモコンにそのスイッチを設け、さらに使い勝手を向上させたものもある。なお給湯機2において、前記温水または冷水が必要に応じ給湯機2で加温された後、給湯カラン35やシャワー33に給湯される。
【0004】
次に上記構成の動作を説明する。まず、夏期の場合は、太陽熱温水器1で十分な昇温が得られるため、ユーザーは水路切換弁34を温水通路31側に設定して使用する。そして、ユーザーが給湯カラン35やシャワー33を使用すると、太陽熱温水器1の温水が、温水通路31から水路切換弁34、給水通路32を通って給湯機2に導入される。この時、太陽熱温水器1の温水が十分に上昇しておればユーザーは給湯機2の運転をオンせずに使用し、温水の温度の上昇が十分でない場合は給湯機2の運転をオンにし、さらに温度を上げて使用することになる。
【0005】
次に冬期の場合は太陽熱温水器1で十分な昇温が得られないために、ユーザーは水路切換弁34を冷水通路30側に設定して使用する。そして、給湯カラン35やシャワー33を使用すると、冷水は冷水通路30から水路切換弁34、給水通路32を通って給湯機2に導入され、そこで温められて出湯される。
【0006】
しかしこのようなシステム構造のものでは、夏期等、太陽熱温水器1の過集熱によりその水温が80℃以上と高温となった場合に、その温度を下げる手段が給湯機2にはないため、ユーザーの誤使用によって高温水がカラン35やシャワー33から直接出湯する恐れがあった。
【0007】
このような課題に対して、近年では図5に示すように、温水と冷水とを混合する電動混合弁36を給湯機2に備え、設定温度に応じて前記電動混合弁36の開度比率を制御することで所望の給湯温度の混合水を得るという構成とし効率的な給湯を提供すると共に、その混合水をバーナを備えた加熱手段に供給することで、冬期などにおいては太陽熱温水器1で十分な昇温が得られない場合にバーナにより加熱して所定の温度にした温水を出湯する加熱給湯を行なう構成として従来の不具合を改善した。
【0008】
この電動混合弁36は、図5に示すように、温水通路に接続される温水流入路37と、冷水通路に接続される冷水流入路38と、温水と冷水とが所定比率(0〜100%)で混合された混合水をカラン35やシャワー33に向け導く混合水流出路39と、ボールバルブ体(弁体)43と、弁軸44と、モータ45と、弁シート46とを備えている。
【0009】
前記ボールバルブ体43は球状に形成され、ほぼT字状の弁体内通路40を有し、この弁体内通路40は前記温水流入路37、前記冷水流入路38、前記混合水流出路39にそれぞれに対応する開口を有するように形成されている。ボールバルブ体43はモータ45により弁軸44を介して回転可能に構成されている。前記ボールバルブ体43は、その回転位置により冷水と温水との混合比率が所望の比率となるように構成されている。すなわち温水全開位置において、冷水流入路38を遮断して温水流入路37の温水のみを混合水流出路39に導き、冷水全開位置において温水流入路37を遮断して冷水流入路38の冷水のみを混合水流出路39に導き、中間位置において温水流入路37および冷水流入路38の温水および冷水を混合水流出路39に導くようにしている。
【0010】
なお、給湯機2には、温水と冷水の混合途中に給水が停止した場合、それぞれの温水冷水が逆流して汚染されるのを防ぐため、温水流入路37の上流の温水通路および冷水流入路38の上流の冷水通路のそれぞれに逆止弁を設けている。また所望の設定温度により近い温水を得るために、電動混合弁36の下流に温度検出器を設け、この検出温度をフィードバックしてボールバルブ体43の回転位置(混合比率)およびバーナを制御している。
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来例に示すような構成では、冬期におけるように太陽熱温水器の温水が十分昇温しておらず、給湯機における加熱が必要な場合、電動混合弁が温水全開位置に設定されることになり、冷水通路は遮断されるため、冷水通路の逆止弁から電動混合弁までの配管内は完全な密閉状態となり、太陽熱温水器からの温水が電動混合弁を通過する際に受ける熱により冷水通路側の密閉状態の水は温められ配管内の圧力が上昇する。そのときの圧力で冷水通路側の弁シートは温水通路側へ押さえつけられることになり摺動抵抗の増大によるモータロックまたは配管水漏れの原因となる問題点がある。さらに電動混合弁には温水全開位置で出湯を停止した場合、温水通路側の水圧に対して水道圧が直接かかる冷水通路側の水圧が高いので、差圧を生じ常に水道圧で電動混合弁の弁シートが温水通路側に押されつづけ、上記同様モータロックの問題点があると共に、弁シートの摩擦が促進されてしまい、弁体と弁シートのシール性が悪くなるという問題点があった。
【0012】
また、従来の電動混合弁においては、温水と冷水とが層流状態で混合されて、混合水通路に導かれる。このように混合水のミキシング状態が電動混合弁から出た直後では不十分であるので給湯機を小型化するために電動混合弁の直後に温度検出器を設けた場合、その後に十分にミキシングされて使用される混合水の温度と温度検出器の検出温度に差を生じる問題点がある。また十分混合が行なわれるように電動混合弁から十分離れた距離に温度検出器を設けた場合、電動混合弁の動作と温度検出に時間差が生じハンチングを起こす問題点がある。
【0013】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、第1発明の給湯機は、太陽熱温水器からの温水を導入する温水通路と、水道給水設備からの冷水を導入する冷水通路と、温水通路および冷水通路に接続され前記温水と前記冷水とを所定比率で混合する電動混合弁と、電動混合弁に接続され電動混合弁で混合された混合水を湯利用器具に導く混合水通路と、前記温水通路および前記冷水通路のそれぞれに配された逆止弁と、前記混合水通路の適所に配されて混合水を加熱する加熱手段とを備えた給湯機において、前記電動混合弁は、軸まわりに回転可能な弁体を備えると共に、前記弁体は温水全開位置において冷水通路を遮断して温水通路の温水を混合水通路に導き、冷水全開位置において温水通路を遮断して冷水通路の冷水を混合水通路に導き、中間位置において温水通路および冷水通路の温水および冷水を混合水通路に導く弁体内通路を有し、かつ冷水通路が遮断される温水全開位置において、冷水通路の冷水を微少量前記弁体内通路に導くリーク孔を、冷水通路に面する前記弁体の一部に有することを特徴とする。
【0014】
第1発明によれば、温水全開位置において冷水を弁体内通路に極少量リークさせることが可能なリーク孔を設けることにより、冷水通路側の圧力を温水通路側の圧力と同圧とすることができ、電動混合弁の弁シートにかかる負荷がなくなるので、弁体の円滑な摺動が可能となると共にシール性が向上する。
【0015】
第2発明の給湯機は、太陽熱温水器からの温水を導入する温水通路と、水道給水設備からの冷水を導入する冷水通路と、温水通路および冷水通路に接続され前記温水と前記冷水とを所定比率で混合する電動混合弁と、電動混合弁に接続され電動混合弁で混合された混合水を湯利用器具に導く混合水通路と、前記温水通路および前記冷水通路のそれぞれに配された逆止弁と、前記混合水通路の適所に配されて混合水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の上流側に配されて混合水の温度を検出する温度検出器と、前記温度検出器の検出値に基づいて前記電動混合弁や前記加熱手段を制御する制御器とを備えた給湯機において、前記電動混合弁は、軸まわりに回転可能な弁体を備えると共に、前記弁体は温水全開位置において冷水通路を遮断して温水通路の温水を電動混合弁の弁体周囲に形成された混合水導出路の弁体流出水受け部に導き、冷水全開位置において温水通路を遮断して冷水通路の冷水を前記弁体流出水受け部に導き、中間位置において温水通路および冷水通路の温水および冷水を前記弁体流出水受け部に導く弁体内通路を有し、前記弁体流出水受け部は混合水通路との接続部に対し前記弁体を挟んだ反対側位置に設けられ、前記混合水導出路は前記弁体流出水受け部から流出した混合水を前記弁体の周囲に沿って反転させて前記接続部に向け流れるように形成されていることを特徴とする。
【0016】
第2発明によれば、弁体流出水受け部を混合水通路との接続部に対し弁体を挟んだ反対側位置に設けた構成とすることで、混合水は混合水導出路において方向を変え、弁体(ボールバルブ体が好ましい。)の周囲を半周しながら混合水導出路の出口に導かれるため、完全にミキシングされた状態の混合水が混合水通路に流出することになる。
【0017】
しかも温度検出器を弁体と前記接続部との間において、電動混合弁のハウジングに支持されて設けることで、温度分布が均一な状態での混合水の温度を検出することができ、正確なデータが得られると共に、全体構成のコンパクト化を可能にできる。
【0018】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。図1は太陽熱温水器からの温水と水道管からの冷水との混合水を加熱して給湯する給湯システムを示す概念図、図2は電動混合弁の縦断正面図、図3は電動混合弁の縦断平面図である。
【0019】
図1において、1は太陽熱温水器、2は給湯機で前記太陽熱温水器1からの温水を導入する温水接続口3と、水道管(水道給水設備)8からの冷水を導入する冷水接続口4を備えるとともに、カラン(湯利用器具)26に給湯するためのカラン接続口26aを備えている。
【0020】
前記給湯機2は、前記温水接続口3に接続される温水通路18、冷水接続口4に接続される冷水通路19を備え、それぞれの通路18、19には逆止弁5、6が配設されている。また給湯機2は、両通路18、19に接続され、これらから供給される温水と冷水とを所定比率で混合する電動混合弁7を備えている。電動混合弁7とカラン接続口26aとは混合水通路25で接続され、混合水通路25の適所には混合水を加熱する加熱手段9が配されている。
【0021】
前記電動混合弁7は、図2、図3に示すように、ハウジング11と、球状のボールバルブ体(弁体)15と、モータ10を備えている。
【0022】
前記ハウジング11は、温水通路18に接続される温水流入路18aと、冷水通路19に接続される冷水流入路19aと、混合水通路25にその接続部47に配した流量センサ24を介して接続される混合水流出路25aと、ボールバルブ体15を収容する弁室14とを有している。
【0023】
前記温水流入路18aと前記冷水流入路19aとは共に、図3に示すように、L字状に屈曲し、これらの弁室流入部は一直線上に位置し、温水および冷水が弁室14の左側および右側より流入するように構成されている。前記混合水流出路25aは前記温水流入路18aと前記冷水流入路19aの弁室流入部の方向に対し直交する方向、すわなち後方に延びるように配されて弁室14に接続されている。
【0024】
前記弁室14には、ボールバルブ体15が左右一対の弁シート16、17に回動可能に支持されて配されている。ボールバルブ体15はその上方に配したモータ10により水平方向の任意の回転位置に位置決めされるように構成され、そのためモータ10の駆動を伝える弁軸12に僅かな遊びをもって係合している。弁シート16、17とハウジング11との間には、弁室14のシールを確保すると共に、水圧の差による弁シート16、17の僅かな動きを許容するためのOリング48、48が配設されている。またボールバルブ15の周囲には、環帯状の混合水導出路20が形成されている。この混合水導出路20は、図2に示すように鉛直面上においてボールバルブ体15を一周して形成されており、ボールバルブ体15から流出した混合水を、図2、図3の左側に位置する弁体流出水受け部29からボールバルブ体15の周囲に沿って反転(半周)させて前記混合水流出路25aに導くように形成されている。
【0025】
前記ボールバルブ体15は図3に示すように、L字状の弁体内通路13を有し、その2つの開口周縁のボール体表面は平面となっている。すなわち、ボールバルブ体15は2つの開口周辺平面部18b、19bを有している。前記弁体内通路13は、ボールバルブ体15の回転位置によって、前記温水流入路18a、前記冷水流入路19aのいずれか、あるいは両者と前記混合水導出路20の弁体流出水受け部29とを連通させると共に、温水と冷水との混合比率(0〜100%)を所定比率に設定する。
【0026】
すなわち前記ボールバルブ体15は、図3に示す温水全開位置において冷水通路19を遮断して温水通路18の温水を電動混合弁7の混合水導出路20の弁体流出受け部29に導き、ボールバルブ体15が図3に示す位置から90°回転した冷水全開位置において温水通路18を遮断して冷水通路19の冷水を前記弁体流出受け部29に導き、ボールバルブ体15が温水全開位置と流水全開位置の中間の回転位置にある中間位置において温水通路18および冷水通路19の温水および冷水を前記弁体流出受け部29に導くようにしている。なお、図2、図3に示すように、前記弁体流出受け部29は、混合水導出路20におけるボールバルブ体15から混合水が流出する部分をいい、接続部47に対し前記ボールバルブ体15を挟んだ反対側位置に設けられている。
【0027】
上記のようにボールバルブ体15が2つの開口のみを有するL字状の弁体内通路13を有する構成となっているため、前記中間位置において、温水と冷水とは前記開口周辺平面部18b、19bと弁シート16、17との間の間隙(これら間隙の開度比率により混合比率が決定される。)からその一部は前記弁体流出水受け部29に流れ、残部は各開口を通じて弁体内通路13に流入して、ここで衝突しあってミキシングされ、再び元の開口を通じて前記弁体流出受け部29に流れる。上記のような複雑な流れで混合水が混合水導出路20の弁体流水受け部29に達するので、混合水のミキシング状態は良好となる。しかも混合水は混合水導出路20において方向を変え、ボールバルブ体15の周囲を半周しながら混合水流出路25aに導かれるため、完全にミキシングされた状態の混合水が混合水通路25に流出することになる。
【0028】
前記ボールバルブ体15は、図3に示すように、温水全開位置において冷水通路19の冷水を微少量前記弁体内通路13に導くリーク孔22を有している。このため温水全開位置において給湯を停止した際の圧力は冷水通路19側も温水通路18側も同圧になり弁シート16、17にかかる負荷はなくなり、さらに温水全開位置において太陽熱温水器1からの温水のみを使用した場合に、電動混合弁7と逆止弁6との間の冷水通路19の内圧が上昇する問題も、前記リーク孔22による圧力リークにより解消できるので、ボールバルブ体15の円滑な回転動が可能となる。前記リーク孔22は混合比率に影響を及ぼさない程度の大きさ、例えば直径2mm〜0.5mmに形成されることが好ましく、直径1mm程度に形成すると最適である。
【0029】
給湯機2には図2に示すように、電動混合弁7で混合された混合水の温度を検知するための温度検出器23が前記混合水流出路25aに配され、電動混合弁7に一体的に設けられている。また図2に示すように、接続部47には混合水の流量を検出する流量センサ24が設けられている。さらに給湯機2には図1に示すように、前記加熱手段9より下流側の出湯温度検出器23aを備えている。
【0030】
なお図1に示す、27は運転スイッチ27a、温度設定スイッチ27b、運転モードスイッチ27c、風呂自動運転スイッチ27d、及び液晶表示部27eを備えた台所リモコン装置、28は電動混合弁7の混合比率の制御、バーナ9aの燃焼制御、及び台所リモコン装置27との間の信号伝送を行なう制御器である。この台所リモコン装置27に設けた運転モードスイッチ27cにより所望の給湯モードを選択することで、前記電動混合弁7を制御して給湯機2の給水経路を切替えることができる。
【0031】
次に動作を説明すると、まず、台所リモコン装置27の運転スイッチ27aをONし、運転モードスイッチ27cで運転モード選択する。運転モードとしては「第1運転モード」(加熱手段不使用)、「第2運転モード」(全手段総合使用)、「第3運転モード」(水道水のみ使用)の3つのモード選択が可能であり、選択された運転モードは液晶表示部27eに表示される。
【0032】
まず、「第3運転モード」を選択すると、電動混合弁7は冷水通路19側に動いて冷水全開位置となる。そして、この状態で給湯カラン26が開かれ給湯が行なわれると、水道管8からの冷水が冷水接続口4、冷水通路19、電動混合弁7を通って混合水通路25に供給され、加熱手段9において、流量センサ24および温度検出器23の信号を受けて所定の燃焼度に設定されたバーナ9aからの燃焼熱を受けて加温され、リモコン装置27の設定温度の湯がカラン26から給湯される。なお、出湯温度検出器23aは加温された結果の湯温の設定温度とのズレを補正し、より精度よく給湯温度を制御するために設けられている。
【0033】
次に、給湯モードスイッチ27cを操作して、運転モードを「第1運転モード」あるいは「第2運転モード」に切替えたときの動作について説明する。
【0034】
「第1運転モード」に切替えると、まず、電動混合弁7を温水通路18側に切替え、バーナ9aの燃焼はOFF状態を維持する。そして、給湯カラン26が開かれると、温度検出器23で太陽熱温水器1からの温水の温度を検出し、設定温度と比較する。そして、温水の温度が高ければ電動混合弁7を中間位置に回動して、前記温水と水道管8からの冷水を混合し、温度検出器23で検出する混合水の温度が設定温度になるように混合比率を制御する。従って、夏期に太陽熱温水器1の温水が十分昇温しておれば、その高温の湯をそのまま、あるいはこれに冷水を混合して給湯カラン26から使用できる。
【0035】
そして、この「第1運転モード」のときは、太陽熱温水器1の温水の温度が設定温度より低い場合、電動混合弁7は温水全開位置となり、冷水側が閉止状態となる。この状態において、ボールバルブ体15の回動抵抗が大になる等の問題があったが、本実施形態では、ボールバルブ体15に微小径のリーク孔22を設けた構成としているため、冷水通路19の内圧をリークさせ、温水通路18側と冷水通路19側の差圧をなくし、これにより、上記従来例の問題を解消でき、ボールバルブ体15の円滑な回転を確保することができる。
【0036】
また、温水の温度が設定温度より高い場合、電動混合弁7を制御して温水と冷水を混合させて設定温度になるように制御するが、上記のような混合水導出路20をボールバルブ体15の周囲に設けたので完全にミキシングされた混合水を得られるため、正確な混合水の温度を温度検出器23により検出して、上記制御を行なうことができる。しかも前記温度検出器23を電動混合弁7の混合水流出路25aに設けても温度分布が均一な状態での混合水の温度を検出することができ、正確なデータが得られると共に、全体構成のコンパクト化を可能にできる。また接続部47に流量センサ24を設けても温度検出器23と同様に、流量分布が均一な状態で流量を検出でき正確な流量データが得られる。
【0037】
次に「第2運転モード」に切替えると、まず、電動混合弁7を温水側全開に切替え、給湯カラン26が開かれると、温度検出器23で太陽熱温水器1からの温水の温度を検出し、設定温度と比較する。そして、検出温度が高ければ電動混合弁7を中間位置に回動して、前記温水と水道管8からの冷水を混合し、混合水の温度が設定温度になるように混合比率を制御する。一方、検出温度が設定温度より低ければ、電動混合弁7を温水側全開位置にして混合水を混合水通路25に供給し、加熱手段9のバーナ9aの燃焼を開始させ、出湯温度検出器23aで検出する混合水の検出温度が設定温度になるようにバーナ9aの燃焼量を制御する。
【0038】
このとき、温水側全開位置にした場合は、上記「第1運転モード」と同様に、ボールバルブ体15の回動抵抗が大になる等の問題があったが、リーク孔22を設けた構成としているため、ボールバルブ体15の円滑な回動を確保することができる。
【0039】
また、電動混合弁7を中間位置に回動して、温水と冷水を混合させる場合も、「第1運転モード」の場合と同様に正確な温度の混合水を得ることができるため、給湯機2の入水条件を安定させることができ、正確なバーナ9aの燃焼量制御が可能となり給湯カラン26から安定した温水を提供することができる。
【0040】
【発明の効果】
本発明によれば、電磁混合弁の弁体の円滑な回動とシール性を確保することができる。また本発明によれば十分にミキシングされた混合水の水温を測定することができる給湯機を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における太陽熱温水器からの温水と水道管からの冷水との混合水を加熱して給湯する給湯システムを示す概念図である。
【図2】本実施形態の電動混合弁の縦断正面図である。
【図3】本実施形態の電動混合弁の縦断平面図である。
【図4】従来例における給湯機を用いた給湯システムを示す概略図である。
【図5】従来例の電動混合弁の断面図である。
【符号の説明】
1 太陽熱温水器
2 給湯機
5、6 逆止弁
7 電動混合弁
8 水道管(水道給水設備)
9 加熱手段
11 ハウジング
13 弁体内通路
15 ボールバルブ体(弁体)
18 温水通路
19 冷水通路
20 混合水導出路
22 リーク孔
23 温度検出器
25 混合水通路
28 制御器
29 弁体流出水受け部
47 接続部
Claims (5)
- 太陽熱温水器からの温水を導入する温水通路と、水道給水設備からの冷水を導入する冷水通路と、温水通路および冷水通路に接続され前記温水と前記冷水とを所定比率で混合する電動混合弁と、電動混合弁に接続され電動混合弁で混合された混合水を湯利用器具に導く混合水通路と、前記温水通路および前記冷水通路のそれぞれに配された逆止弁と、前記混合水通路の適所に配されて混合水を加熱する加熱手段とを備えた給湯機において、前記電動混合弁は、軸まわりに回転可能な弁体を備えると共に、前記弁体は温水全開位置において冷水通路を遮断して温水通路の温水を混合水通路に導き、冷水全開位置において温水通路を遮断して冷水通路の冷水を混合水通路に導き、中間位置において温水通路および冷水通路の温水および冷水を混合水通路に導く弁体内通路を有し、かつ冷水通路が遮断される温水全開位置において、冷水通路の冷水を微少量前記弁体内通路に導くリーク孔を、冷水通路に面する前記弁体の一部に有することを特徴とする給湯機。
- 弁体はボールバルブ体である請求項1記載の給湯機。
- 太陽熱温水器からの温水を導入する温水通路と、水道給水設備からの冷水を導入する冷水通路と、温水通路および冷水通路に接続され前記温水と前記冷水とを所定比率で混合する電動混合弁と、電動混合弁に接続され電動混合弁で混合された混合水を湯利用器具に導く混合水通路と、前記温水通路および前記冷水通路のそれぞれに配された逆止弁と、前記混合水通路の適所に配されて混合水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段の上流側に配されて混合水の温度を検出する温度検出器と、前記温度検出器の検出値に基づいて前記電動混合弁や前記加熱手段を制御する制御器とを備えた給湯機において、前記電動混合弁は、軸まわりに回転可能な弁体を備えると共に、前記弁体は温水全開位置において冷水通路を遮断して温水通路の温水を電動混合弁の弁体周囲に形成された混合水導出路の弁体流出水受け部に導き、冷水全開位置において温水通路を遮断して冷水通路の冷水を前記弁体流出水受け部に導き、中間位置において温水通路および冷水通路の温水および冷水を前記弁体流出水受け部に導く弁体内通路を有し、前記弁体流出水受け部は混合水通路との接続部に対し前記弁体を挟んだ反対側位置に設けられ、前記混合水導出路は前記弁体流出水受け部から流出した混合水を前記弁体の周囲に沿って反転させて前記接続部に向け流れるように形成されていることを特徴とする給湯機。
- 前記弁体はボールバルブ体で構成され、ボールバルブ体はほぼL字状の弁体内通路を有する請求項3記載の給湯機。
- 温度検出器は、弁体と前記接続部との間において、電動混合弁のハウジングに支持されて設けられている請求項3又は4記載の給湯機。
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