JP4273522B2 - 貯湯式温水器 - Google Patents

Description

本発明は、貯湯式温水器に係り、特に洗面器下などの局所給湯にに好適な小型の電気温水器に関する発明である。

従来の貯湯式温水器は貯湯槽を有し、必要な温度の湯を常時貯めておくタイプであり、貯湯式温水器は灯油を熱源とする石油給湯器と、電気ヒータを熱源とする電気温水器がある。
さらに、電気温水器は、温水タンクに１００リットル以上貯蔵可能な、屋外にも設置可能な中型電気温水器と、貯蔵可能量が１００リットル未満の、洗面器下などに設置される小型電気温水器に分けられる
本発明は小型電気温水器の中でもタンク容量が４０リットル以下の電気温水器に関する。

小型電気温水器の場合、洗面器下などの狭いスペースに設置するため、電気温水器の大きさをより小さくすることが課題である。また、貯湯式温水器であるため、タンク内に貯めた湯を使い切ってしまうと湯が供給できないため、省スペースで多くの湯を使用するには８０℃前後の高温に貯湯することが有効である。

しかしながら、８０℃の高温で貯湯した湯がそのまま末端の混合水栓までくる構造の場合、使用者は混合水栓の操作により、出てくる湯が熱くならないように水と混合して約３５℃程度の適温で出湯させており、混合水栓を慎重に操作しなければ高温の湯が出てしまいやけどする恐れがある。そこで、近年では高温で貯湯した湯を温水器内で適温になるように調整し、温水器の出湯温度があらかじめ約３５℃程度の適温に設定されている適温出湯タイプの機種がある。

このような適温出湯タイプの機種では、タンク内では約８０℃の高温で貯湯し、温水器から出湯する手前で高温の湯と水を混合する混合バルブを内蔵し、出湯温度が適温になるように温度調節する構造となっている。
一般的な感熱式の混合バルブの構造は、混合室に温度感熱部品（例えば、ワックスを利用した「サーモカートリッジ」（エヌテーシー工業の商品名））を設け、温度感熱部で感知した温度が適温になるように、給水と給湯両側の通水部分の面積を調整し、所望の温度となるように湯量と水量を変化させて温度調節を行う構造である。
このような湯水量を変化させる混合バルブは、一般的に末端の使用者が操作する水栓金具に内蔵されるように設計されており、特に浴室などのシャワー使用時の温度変化を抑える目的で使用されている。シャワー使用時は温度の調節や湯の使用量の変化に対応するために、混合バルブと一体または別体でも近傍に温度設定部と流量調整部を備えており、混合バルブとしては広域の流量や温度範囲に対応する必要がある。そのため、混合室の温度感熱部は湯水の混合が十分に行われるように、湯水流入口が混合室に対して左右対称な形で設置され、混合室に対して垂直方向に出湯されるような形状となっている。しかしながら、前記湯水量を変化させる混合バルブを温水器に内蔵すると、内部の配管の構造が複雑になるうえ、スペースを多く取る必要があり、サイズも大きくなり、部品点数が増え、製品のコストが高くなってしまう。また、湯水両側制御の場合、万一の混合バルブの故障時に水側が全閉し、湯側が全開する場合があり、その場合は約８０℃の高温の湯が出湯されるため、やけどをする恐れがある。
近年、温度感熱部品として形状記憶合金バネを使用した水栓金具もある。
この場合、ワックスを利用した「サーモカートリッジ」よりも応答性が早い点で有利であるが、「サーモカートリッジ」と同様に、バルブの構造が複雑でコストが高い、故障した際に、８０℃の熱湯が出湯するという欠点がある。

そこで、故障しても６０℃以上の高温の湯が出ないように、混合バルブの水側は混合量が常に一定になるように面積が可変しない固定の穴を開け、給湯側の通水量のみを制御して出湯温度を調節する構造の湯側片側制御の混合バルブを内蔵した温水器がある。このような湯側片側制御の混合バルブの場合、湯側のみ通水制御を行うため混合バルブの構造はシンプルでコストが安く、安全であるというメリットがある。しかしながら、このような構造の混合バルブは、温度感熱部に「サーモカートリッジ」を使用しているものしかなく、混合時の温度応答性が悪く、また、給湯側の温度や給水温度、元の水圧が変動すると、出湯温度が目標の約３５℃に対して１０℃以上変動してしまうといった問題がある。そのため、給湯温度を所望の温度に近づけるために、貯湯式温水器の湯の沸き上げ温度を約８０℃の高温に固定し、温度調節ができない仕様としている。

一方で「エネルギー使用の合理化に関する法律」の改正により住宅以外の床面積の合計が２０００ｍ２以上の建築物に給湯設備の省エネルギー措置の届け出が義務付けられたことや、昨今の製品の省エネルギーに関する意識の高まりから、小型電気温水器についても省エネルギーのための対策を行う必要性が生じている。
具体的には、小型電気温水器の場合、ウィークリータイマなどによる沸き上げ時間の設定が可能な通電時間制御のタイマ機能や、使用したかどうかを検出して、あまり使用されない時間は沸き上げ温度や保温温度を下げておくことで、無駄な沸し上げを行わず通電時間を減らして節電をおこなう学習節電機能などである。学習節電機能においては、時刻とタンク内の湯の温度を検出しておくことで、どの時間に湯が使用されたかを知ることができるので、過去の使用時間を記憶、学習して、あまり使用されていない時間は沸き上げ温度や保温温度を下げる制御を行い、通電時間を制御する。たとえばオフィスビルのトイレ等で使用される場合、始業前や昼休み時など手洗いでの湯の使用頻度が多い時間帯には８０℃などの高温貯湯し、それ以外の使用頻度が少ない時間帯には保温温度を６０℃くらいに下げて、沸し上げによるヒータの総消費電力を抑えて節電するものである。

このような学習節電機能を持った小型電気温水器に、前記湯側片側のみを制御するタイプの混合バルブを内蔵した場合、節電によりタンク内の保温温度が６０℃の低温になると、混合バルブへの給湯温度が変化してしまい、使用者が所望する適正な温度よりも低くなってしまう。すなわち、給水温度や給水元圧に加え、給湯温度まで変化するような使用環境において、使用者が所望する温度を常に提供することができないという問題がある。

特開２００２−１２２３５３

本発明は、上記問題を解決するためになされたもので、本発明の課題は、洗面器下などに設置する小型の貯湯式温水器において、高温貯湯した湯を適温で出湯する混合バルブを内蔵した適温出湯タイプにおいて、給水温度や給湯温度が可変しても使用者が所望する温度を給湯可能で、構造が簡易でコストも安く、故障時も６０℃以上の高温の湯がでない混合バルブを内蔵した貯湯式温水器を供給することにある。

上記目的を達成するために請求項１記載の発明によれば、貯湯タンクと、前記貯湯タンクへ給水する給水管と、前記貯湯タンクから湯を供給する出湯管と、前記出湯管から供給される湯と前記給水管から分岐した水を混合する混合バルブを有する貯湯式温水器において、前記混合バルブは形状記憶合金バネとバイアスバネのバネ加重のバランスにより湯量調節弁を動作させるものであり、前記バイアスバネを固定するバイアスバネ固定部は混合バルブボディにねじ込みにより固定されており、前記バイアスバネのたわみ荷重を可変させて温度を調節することが可能であり、かつ、水側の通水量は一定で、湯側の通水量のみを制御する構造であり、更に、前記混合バルブは、前記バイアスバネ固定部と前記湯量調節弁との間で構成され、前記出湯管から供給される湯が通過する湯側通水路を有し、前記湯側通水路の通過面積は、前記湯量調節弁が動作されることにより可変し、前記湯側通水路の通過面積が最大になった場合の前記湯側の通水量と前記水側の通水量の比率においても、混合出湯温度が６０℃以下となるように設定されていることを特長とした貯湯式温水器とした。
請求項２によれば、混合バルブの給水側の穴を楕円状にしたことを特長とした請求項１に記載の貯湯式温水器とした。
請求項３によれば、混合バルブの給水側の穴を円筒状接続口の中心に対し位置を上方または下方に位置したことを特長とした請求項１に記載の貯湯式温水器とした。
請求項４によれば、混合バルブの給湯側の手前に逆止機構を有する弁を搭載したことを特長とした請求項１に記載の貯湯式温水器とした。
請求項５によれば、混合バルブの給水側に給水量を制限するオリフィス状の圧損板を搭載したことを特長とした請求項１に記載の貯湯式温水器とした。

本発明によれば、温水器内部で高温に貯湯した湯を適温に出湯することが可能なため、使用者でのわずらわしい混合水栓の操作が無く、快適に湯を使用することができるうえ、給水温度や貯湯した温度が変化しても出湯温度が大幅に変化することがない。また、万一混合バルブが故障しても６０℃以上の湯が出ることは無く、安全である。
しかも、バイアスバネのたわみ荷重を可変させて温度を調節することが可能であるため、生産時に発生する温度調節作業が部品を組替えることなく、ねじの調節により容易にできるため、手間がかからず、コストを安くすることが可能である。
また、使用時間を学習して保温温度を可変する機能を有する学習節電機能を有する貯湯式温水器へ適用した場合には、使用者は節電機能により維持費を安くできるうえ、給水温度や給湯温度が変化しても約３５℃の適温の湯を使用することが可能になる。

以下、本発明の実施の形態を、図面により詳細に説明する。図１は本発明の一実施例を示す貯湯式温水器の模式的説明図であり、図２〜４は本発明の一実施例を示す混合バルブ、図５〜６は本発明の貯湯式温水器の応用実施例である。

図１において、貯湯式温水器Ａは洗面器などの下に設置される局所給湯タイプであり、混合水栓１１へ湯を供給するように構成されている。貯湯式温水器Ａの貯湯タンク１に、水を加熱するためのヒータ２が固定されている。貯湯タンク１の胴体部外側にサーミスタ固定板１４が溶接され、サーミスタ固定板１４に貯湯タンク１内の水温を検出するための温度調節サーミスタ３が固定されている。４は湯水を混合する混合バルブ、６は混合バルブ４へ給水する混合バルブ給水管、７は貯湯タンク１から混合バルブへ湯を供給するタンク出湯管、８は出湯口、９は貯湯タンク１へ給水するタンク給水管、１０は給水口、１２は止水栓、１３は止水栓１２から給水口１０までを接続する給水フレキ管、１６は出湯口８から混合水栓１１までを接続する出湯フレキ管、１８は貯湯タンク１内の圧力を一定に保ち、流量を規制する減圧弁、１９は沸き上げ時の膨張した圧力を逃がすための逃し弁である。

貯湯タンク１が満水の状態で貯湯式温水器Ａに通電が開始されると、温度調節サーミスタ３の情報に基づき、コントロール基板５により、あらかじめ設定された温度になるまで、ヒータ２へ通電が行われる。沸き上げ中は逃し弁１９から膨張水が排出される。混合水栓１１の湯側を開けると、給水フレキ管１３、給水口１０、減圧弁１８を介して流量制御された水がタンク給水管９から貯湯タンク１内に入る。貯湯タンク１内で沸き上げた湯が、タンク出湯管７より混合バルブ４へ押し出される形で給湯される。もう一方で混合バルブ給水管６により混合バルブ４の水側へ給水され、混合バルブ４で約３５℃になるように温度調節して混合バルブ出湯管１５、出湯口８より出湯フレキ管１６を介して、混合水栓１１より約３５℃の湯が出る。

図２は本発明における混合バルブ４の詳細図である。同図において、混合バルブ４は混合バルブボディ３１、給湯接続口２１、給水接続口２２、混合出湯接続口２３、混合室３６、バイアスバネ固定部３３、形状記憶合金バネＢ、湯量調節弁３４、バイアスバネ３２が配置されている。バイアスバネ固定部３３には給湯穴２４があいており、給湯接続口２１から湯が入ると、給湯穴２４を介してバイアスバネ固定部３３と湯量調節弁３４の間で構成された可変する湯側通水路３７を通り、混合バルブボディ３１と湯量調節弁３４の間を通って、混合室３６に給湯される。給水接続口２２から入ってくる水は、混合バルブボディ３１に形成された、径が固定の給水穴３５より混合室３６に給水される。混合室３６には形状記憶合金バネＢがセットされている。形状記憶合金バネＢは、混合室３６の水温によりバネ荷重が変化し、バイアスバネ３２のバネ加重のバランスにより湯量調節弁３４を動作させ、湯側通水路３７の開度を変える。これにより、混合出湯接続口２３より、温度調節された湯が出湯される。

構造を簡単にするために、給湯接続口２１と混合室３６、混合出湯接続口２３は同一軸上に有る。そのため、流量が増えると流量調節弁３４が水圧に押され、形状記憶合金バネＢの本来のバネ強度よりも押し戻される形となり、湯が多く流れてしまい温度制御ができない。そのため、貯湯式温水器Ａに入ってくる水量は減圧弁１８や図示していない定流量弁などの流量調節機構を設けて規制しておく必要がある。これにより、給湯流量範囲が制限され、給湯接続口２１と混合室３６、混合出湯接続口２３が同一軸上にあっても出湯温度は所望の温度を得ることができる。また、万一形状記憶合金バネＢが金属疲労などによりばね荷重が無くなったり、混合バルブボディ３１と湯量調節弁３４の間にゴミなどが挟まって湯量調節弁３４が動作しなくなり、湯側通水路３７の通過面積が最大になったとしても給水穴３５は固定穴で塞がれることがない。この穴の径はあらかじめ、湯側通水路３７の通過面積が最大になった場合の湯量と水量の比率において混合出湯温度が６０℃以下となるように設定している。したがって、万一故障しても６０℃以上の湯が出ることはない。

このよう構造をとることで、形状記憶合金バネＢを使用した混合バルブ４は、ケースに収められたワックスによる感熱部に比べ応答性が良く、瞬時に湯側通水路３７の開度を調節するため、吐水初期に瞬間的に高温の湯が出るオーバーシュートや、同様に瞬時に低温の水が出るアンダーシュートといった使用者に不快感を与えるような温度の変動が無く、快適な手洗いの湯を提供することが可能である。また、季節変動による給水温度の変化や、使用者が貯湯式温水器Ａの設定温度を変更したり、節電学習機能などにより貯湯タンク１の保温温度が変化しても、給湯流量が制限されているため、簡易な構造であるにもかかわらず混合出湯接続口２３からは適温の出湯が可能である。また、水側は常に給水穴があいており、塞がれることがないため、構造がシンプルで部品点数が少なく、サイズも小さくできる上、万一バイアスバネ３２や形状記憶合金バネＢが故障して湯量調節弁３４を正常に制御できなくなっても、混合出湯接続口２３から出る混合温度は６０℃以下になるように制御が可能であり、使用者が瞬間的にやけどをしてしまう恐れがない。

また、バイアスバネ固定部３３は円筒外径部におねじ加工が施されており、混合バルブボディ３１の勘合部分にあたるめねじ加工部３８にねじ込みにより固定されており、バイアスバネ３２のたわみ荷重を可変させて温度を調節することが可能である。これにより、生産時に発生する温度調節作業が部品を組替えることなく、ねじの調節により容易にできるため、手間がかからず、コストを安くすることが可能である。

図３は、混合バルブ４の給水接続口２２から見た給水穴３５である。出湯温度はバイアスバネ固定部３３と湯量調節弁３４の隙間である湯側通水路３７を変えることで湯の混合量を変えて温度調節しているが、混合室３６での水と湯の混ざり方や給水側、給湯側の水圧のバランスによって形状記憶合金バネＢの感度が悪くなり、混合温度が変化してしまう。そこで、混合室３６での水と湯の混合が十分行われるように給水穴３５を楕円形状とした。これにより、円形で給水するよりも、水の通過面積を大きくできる上、広範囲で湯と混ざろうとするために湯水が均一に混ざり合い、より精度の良い制御が可能である。

図４は、同様に混合バルブ４の給水接続口２２から見た給水穴３５であるが、穴の位置を円筒の中心に対して、上方へずらしたものである。これにより、中心で給水する場合に比べ、混合室３６内で湯に対して渦状に水が混合されるため、湯水が均一に混ざり合い、より精度の良い制御が可能である。

図５は、本発明における貯湯式温水器の応用例である。混合バルブ４へ湯を供給するタンク出湯管７の途中で、混合バルブ４の上流側に逆止機構を有するチャッキ弁１７を配置している。貯湯タンク１が満水の状態で貯湯式温水器Ａに通電が開始されると、温度調節サーミスタ３の情報に基づき、コントロール基板５により、あらかじめ設定された温度になるまでヒータ２へ通電が行われる。沸き上げ中は逃し弁１９から膨張水が排出される。膨張水は貯湯タンク１内の温度が設定温度になるまで上昇するため、その影響でタンク出湯管７にも温度が伝熱する。チャッキ弁１７が無い場合は混合バルブ４にも伝熱され、混合バルブ４の混合出湯接続口２３まで温度が上昇するおそれがある。その場合、使用者が混合水栓１１の湯側を開けた場合、瞬間的に高温の湯が出る可能性がある。しかしながら、チャッキ弁１７により伝熱が遮断されるため、混合バルブ４内が高温になることがない。

図６では、混合バルブ給水管６と混合バルブ４の間で、混合バルブ４の給水接続口２２の上流側にオリフィス２０を配置している。オリフィス２０はφ５程度の給水穴があいており、混合バルブ４への給水圧力が減少するように設定されている。貯湯式温水器は減圧弁１８を内蔵しているが、減圧弁１８から分岐して混合バルブ４の給湯接続口２１に給湯される圧力と給水接続口２２に給水される給水圧力は給水側の経路と給湯側の経路の距離や曲げ、形状により圧力損失が異なってくるため、どうしても同圧にならず、給湯側の圧力が給水側の圧力を下回ってしまう。そこで、オリフィス２０により、給水側に圧力損失を加えてやることで、混合バルブ４の給湯接続口２１と給水接続口２２の圧力は、ほぼ同圧になり、混合バルブ４の温度性能が安定する。この給水側圧力と給湯側圧力は、貯湯式温水器の貯湯タンク１の大きさや、タンク給水管９、タンク出湯管７、混合バルブ給水管６の形状や曲がり数、径などにより機種ごとに変動する。そこで、オリフィス２０の穴径を貯湯式温水器の機種ごとに変更することで、各機種での最適な圧力バランスを設定することができ、温度性能は安定する上、異なった貯湯式温水器で同じ混合バルブが使用可能になる。

本発明は、洗面器下などの局所給湯に有用な電気温水器に関する発明である。

本発明の実施例を示す貯湯式温水器の模式的説明図である。 本発明の実施例を示す混合バルブの模式的構造図である。 本発明の混合バルブ給水側穴の形状を変更した模式的説明図である。 同上の穴位置を変更した模式的説明図である。 本発明の応用例を示す貯湯式温水器の電熱防止の模式的説明図である。 同上の貯湯式温水器の圧力調節するための模式的説明図である。

符号の説明

Ａ…貯湯式温水器
Ｂ…形状記憶合金バネ
１…貯湯タンク
２…ヒータ
３…温度調節サーミスタ
４…混合バルブ
５…コントロール基板
６…混合バルブ給水管
７…タンク出湯管
８…出湯口
９…タンク給水管
１０…給水口
１１…混合水栓
１２…止水栓
１３…給水フレキ管
１４…サーミスタ固定板
１５…混合バルブ出湯管
１６…出湯フレキ管
１７…チャッキ弁
１８…減圧弁
１９…逃し弁
２０…オリフィス
２１…給湯接続口
２２…給水接続口
２３…混合出湯接続口
２４…給湯穴
３１…混合バルブボディ
３２…バイアスバネ
３３…バイアスバネ固定部
３４…湯量調節弁
３５…給水穴
３６…混合室
３７…湯側通水路
３８…めねじ加工部

Claims (5)

1. 貯湯タンクと、前記貯湯タンクへ給水する給水管と、前記貯湯タンクから湯を供給する出湯管と、前記出湯管から供給される湯と前記給水管から分岐した水を混合する混合バルブを有する貯湯式温水器において、
   前記混合バルブは形状記憶合金バネとバイアスバネのバネ加重のバランスにより湯量調節弁を動作させるものであり、前記バイアスバネを固定するバイアスバネ固定部は混合バルブボディにねじ込みにより固定されており、前記バイアスバネのたわみ荷重を可変させて温度を調節することが可能であり、かつ、水側の通水量は一定で、湯側の通水量のみを制御する構造であり、更に、前記混合バルブは、前記バイアスバネ固定部と前記湯量調節弁との間で構成され、前記出湯管から供給される湯が通過する湯側通水路を有し、前記湯側通水路の通過面積は、前記湯量調節弁が動作されることにより可変し、前記湯側通水路の通過面積が最大になった場合の前記湯側の通水量と前記水側の通水量の比率においても、混合出湯温度が６０℃以下となるように設定されていることを特長とした貯湯式温水器。
2. 混合バルブの給水側の穴を楕円状にしたことを特長とした請求項１に記載の貯湯式温水器。
3. 混合バルブの給水側の穴を円筒状接続口の中心に対し位置を上方または下方に位置したことを特長とした請求項１に記載の貯湯式温水器。
4. 混合バルブの給湯側の手前に逆止機構を有する弁を搭載したことを特長とした請求項１に記載の貯湯式温水器。
5. 混合バルブの給水側に給水量を制限するオリフィス状の圧損板を搭載したことを特長とした請求項１に記載の貯湯式温水器。

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