JP5803240B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

本発明は給湯装置に関し、特に出湯を停止した時に、高温水側配管内の高温水の温度を混合手段と配管の内部に発生する自然対流の影響を受けずに正確に検知可能な給湯装置に関する。

従来から、給湯装置においては、設定温度の湯水を出湯するために、水と高温水を混合する混合手段が配管の途中部に設けられている。この混合手段は、水と高温水の比率を調整しながら混合調温して湯水を生成し、給湯栓などから排出する。この混合手段の構造は、一般的に種々の文献で開示されているように三方弁である。

例えば、引用例１の温水供給装置においては、貯湯タンクと、この貯湯タンクの下部に接続される給水管と、貯湯タンクの上部に接続される給湯管と、給水管の途中で分岐して給湯管に接続されるバイパス管と、バイパス管と給湯管に接続される湯水混合手段と、この湯水混合手段である三方弁に接続される温水供給管とを備えている。尚、この湯水混合手段の最上端位置を、貯湯タンクの加熱手段の加熱部の最下端位置よりも下方となるように設定している。

また、引用例２の元止め式湯沸器においては、貯湯タンクと、この貯湯タンクの下部に給水される水の一部を貯湯タンクの上部に導く導水管と、貯湯タンクの上部に接続される給湯管と、導水管と給湯管に接続されるＴ字状の湯水混合用接続具と、この接続具に接続される混合された湯水供給用の湯水混合管とを備えている。尚、湯水混合管の断面積を給湯管の断面積と導水管の断面積の和よりも大きい断面積に構成している。

特開２００６−２８４０８０号公報 実公昭６１−１８３３２号公報

ところで、上記の特許文献１の混合弁に、温度差のある水と高温水を導入しているが、出湯を停止した瞬間、水と高温水の流入が止まり混合弁の内部及び近傍部で水と高温水の比重差による自然対流が生じる。このため、混合弁近傍部における水側配管内の水の温度は上昇し、高温水側配管の高温水の温度は低下してしまう。

しかし、混合弁で給湯温度を制御するためには、混合直前の水と高温水の温度を正確に検知する必要があるが、高温水側の温度検知手段を混合弁に近づけすぎると、この高温水側の温度検知手段は、出湯停止した直後に貯湯タンク内の高温水より低い温度を検知してしまう。

つまり、再出湯時の給湯性能を担保するために、給湯が無い状態でも混合弁の制御は継続されるが、上述のように自然対流による影響を受けて、高温水側配管内の高温水の温度が低下してしまう。このため、再出湯時には、貯湯タンク内の高温水が高温水側配管を介して混合弁に直ぐに流れてくるので、時間に対する温度勾配が急峻となり過ぎ、給湯温度の調整が困難となってしまう。

従来は、比重差による対流の影響をなくすために、上方から下方に向けて高温水、混合水、水となるような弁位置になる混合弁を採用したり、各配管に逆止弁を挿入するなどの対策を講じていた。しかし、混合弁の位置・姿勢を考慮することで、設計上の自由度がなくなり、逆止弁を挿入することで、高温水の流れに対する圧力損失が生じたり、製造コストがアップするなどの問題がある。

本発明の目的は、高温水側配管の高温水の温度を混合弁内部及び近傍部の対流の影響を受けずに正確に検知可能な給湯装置を提供すること、設計上の自由度を向上させると共に製造コストを低減させる給湯装置を提供することなどである。

請求項１の給湯装置は、水と高温水から混合調温された湯水を排出する混合手段を有する給湯装置において、前記混合手段に接続される高温水側配管に温度検知手段が設けられ、前記温度検知手段は、前記混合手段の内部容積よりも混合手段から温度検知手段までの配管容積が大きくなる位置であって前記混合手段の混合室の上端の高さ位置よりも高くなる位置に設けられ、前記混合手段には、高温水が導入される第１開口と水が導入される第２開口との間に位置するように湯水が排出される第３開口が形成されたことを特徴としている。

請求項２の給湯装置は、請求項１の発明において、前記高温水側配管は、前記混合手段に接続され水平方向に延びる水平管部と、この水平管部に連なり上方へ向けて湾曲する湾曲管部と、この湾曲管部に連なり鉛直方向又は斜め上方に延びる立上り管部とから形成されるＬ字型部を有し、前記温度検知手段は前記立上り管部に設けられたことを特徴としている。

請求項３の給湯装置は、請求項１又は２の発明において、前記混合手段の下部から前記水が導入され、前記混合手段の側部から前記高温水が導入され、前記混合手段の上部又は側部から前記湯水を排出することを特徴としている。

請求項１の発明によれば、温度検知手段は、混合手段の内部容積よりも混合手段から温度検知手段までの配管容積が大きくなる位置であって混合手段の混合室の上端の高さ位置よりも高くなる位置に設けられたので、温度検知手段により、混合手段の内部及び近傍部で発生する自然対流の影響を受けずに、高温水側配管内の高温水の温度を正確に検知することができる。つまり、混合手段の内部容積よりも混合手段から温度検知手段までの配管容積が大きいので、混合手段の混合室の水や温度が下がった高温水が温度検知手段の設置箇所近傍部まで逆流して高温水と混合するのを防止することができる。

また、対流による影響を受けない位置に高温水側の温度検知手段を設けるので、混合弁の位置・姿勢を考慮する必要がなくなり、依って、混合弁の設計の自由度が向上する。高温水側配管に圧力損失を生じる逆止弁を別途設ける必要がなくなるので、製造コストを低減することができる。

請求項２の発明によれば、高温水側配管は、混合手段に接続され水平方向に延びる水平管部と、この水平管部に連なり上方へ向けて湾曲する湾曲管部と、この湾曲管部に連なり鉛直方向又は斜め上方に延びる立上り管部とから形成されるＬ字型部を有し、温度検知手段は立上り管部に設けられたので、立上り管部内の高温水の温度を対流の影響を受けずに検知することができる。

請求項３の発明によれば、混合手段の下部から水が導入され、混合手段の側部から高温水が導入され、混合手段の上部又は側部から湯水を排出するので、低温水側配管が下部に接続され、高温水側配管が側部に接続され、湯水供給用配管が上部又は下部に接続された混合弁を提供することができる。

給湯装置の構成図である。 出湯通路とバイパス通路と混合弁の断面図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例に基づいて説明する。

先ず、給湯装置１の全体構成について説明する。
図１に示すように、給湯装置１は、ヒートポンプユニット４１と、貯湯給湯装置２とを備えている。ヒートポンプユニット４１は、凝縮器４２、圧縮機、膨張弁などを有し、冷媒を用いて貯湯給湯装置２の湯水と熱交換を行うものであるが、本発明の主要部分ではないので詳細な図示や説明は省略する。

図１に示すように、貯湯給湯装置２は、貯湯タンク３、入水通路４、出湯通路５、バイパス通路６、貯湯通路７、逆止弁８、三方弁９、混合弁１０などを有する。貯湯タンク３は、高温水を貯留可能な上下方向に長い断熱性の密閉タンクである。入水通路４の下流端が、貯湯タンク３の下部に接続され、入水通路４の上流端が上水源に接続されている。入水通路４と出湯通路５は、バイパス通路６により接続され、このバイパス通路６には、入水通路４から出湯通路５への流れのみを許す逆止弁８が設けられている。

出湯通路５は、高温水が流れる上流側通路部５ａ、水と高温水が混合された混合湯水が流れる下流側通路部５ｂを有する。上流側通路部５ａの上流端が貯湯タンク３の上部に接続され、上流側通路部５ａの下流端が混合弁１０に接続されている。下流側通路部５ｂの上流端が混合弁１０に接続され、下流側通路部５ｂの下流端に給湯栓Ａが接続されている。混合弁１０の詳細な構造については、後述する。

貯湯通路７は、ヒートポンプユニット４１により加熱される湯水が流れる流路である。貯湯通路７は、共通通路部７ａ、上戻り通路部７ｂ、下戻り通路部７ｃを有する。共通通路部７ａの上流端が、貯湯タンク３の下部に接続され、共通通路部７ａの下流端が、三方弁９に接続されている。貯湯ポンプ７ｄは、貯湯通路７に湯水を循環させるポンプであり共通通路部７ａの途中部に設けられている。共通通路部７ａの一部はヒートポンプユニット４１の凝縮器４２の内部通路で構成されている。

上戻り通路部７ｂ及び下戻り通路部７ｃの上流端が三方弁９に接続され、この三方弁９により共通通路部７ａが上戻り通路部７ｂと下戻り通路部７ｃの何れかに択一的に接続される。上戻り通路部７ｂの下流端が貯湯タンク３の上部に接続され、下戻り通路部７ｃの下流端が貯湯タンク３の下部に接続されている。

次に、混合弁１０について説明する。
図１，図２に示すように、混合弁１０（混合手段に相当する）は、下部にバイパス通路６の下流端が接続されて水が導入され、側部に出湯通路５の上流側通路部５ａ（高温水側配管に相当する）の下流端が接続されて高温水が導入され、上部に出湯通路５の下流側通路部５ｂの上流端が接続されて混合調温された湯水を給湯栓Ａに排出するものである。

図２に示すように、混合弁１０は、略円筒状に構成された本体部１１、この本体部１１の内部の混合室１２、混合室１２内を貫通する弁軸１７、この弁軸１７を左右方向に移動駆動する為の駆動モータ１８、弁軸１７に設けられた第１，第２弁体２１，２２、これら第１，第２弁体２１，２２に対応する第１，第２弁座２３，２４などを有している。

混合室１２は、本体部１１内側の左側部分に形成されている。混合室１２において、後述する第１弁体２１と第２弁体２２を移動させることで、第１開口１１ａを介して導入される高温水と第２開口１１ｂを介して導入される水の流量を調整し、混合室１２の上部から第３開口１１ｃを介して混合調温された湯水を排出する。混合室１２の右側には、下部から水が導入される水導入室１６が形成され、この水導入室１６を介して混合室１２に水が導入される。

混合弁１０の左端部には、高温水が導入される第１開口１１ａが形成され、この第１開口１１ａの左側には、筒状の第１接続部１３が本体部１１に一体的に形成されている。第１接続部１３には、上流側通路部５ａの下流端が固定部材１９ａ（所謂、クイックファスナー）とＯリングを介して密閉状に接続されている。

混合弁１０の下端部には、水が導入される第２開口１１ｂが形成され、この第２開口１１ｂの下側には、筒状の第２接続部１４が本体部１１に一体的に形成されている。第２接続部１４には、バイパス通路６の下流端が固定部材１９ｂとＯリングを介して密閉状に接続されている。

混合弁１０の上端部には、湯水が排出される第３開口１１ｃが形成され、この第３開口１１ｃの上側には、筒状の第３接続部１５が本体部１１に一体的に形成されている。第３接続部１５には、下流側通路部５ｂの上流端が固定部材１９ｃとＯリングを介して密閉状に接続されている。

弁軸１７は、弁軸支持部材２６，２７により本体部１１の内部に回転可能に支持されている。弁軸支持部材２６は、第１開口１１ａに設けられ、弁軸１７の先端部を支持している。弁軸支持部材２７は、本体部１１の内部の右側部分に設けられて、その筒部２７ａが弁軸１７の中央より後ろ側部分を支持している。弁軸１７の外周右端部は雄ねじ状に形成され、弁軸支持部材２７のねじ孔２７ｂに螺合されている。弁軸１７の右端部分には、駆動モータ１８の出力軸１８ａの先端がスプライン結合されている。従って、弁軸１７は、駆動モータ１８の出力軸の回転に伴い回転しながら軸方向に移動可能である。

第１，第２弁体２１，２２は、ハット形の外形に夫々構成されている。第１，第２弁体２１，２２は、弁軸１７の左側部分に各々の開口側が対向状になるように所定の間隔を空けて配置されている。第１，第２弁体２１，２２は、複数の凹凸部により相互に回転規制されている。第１弁体２１と第２弁体２２との間には、これらを離隔方向に弾性付勢するバネ部材２５が介装されている。第１弁体２１は弁軸１７に形成されたフランジ部により弁軸１７に対して左方への移動が規制され、第２弁体２２は弁軸１７に形成されたフランジ部により弁軸１７に対して右方への移動が規制されている。

本体部１１の内周側左端部の第１弁体２１に対向する表面に、第１弁体２１に向けて突出した第１弁座２３が環状に形成されている。本体部１１の内周側中央部の第２弁体２２に対向する表面（弁軸支持部材２７の左端面）に、第２弁体２２に向けて突出した第２弁座２４が環状に形成されている。

給湯装置１の給湯運転は給湯栓Ａの開栓と共に開始される。給湯装置１において、上水源の水圧により水が入水通路４から貯湯タンク３内の下部に入り込み、これにより、高温水が貯湯タンク３内の上部から出湯通路５に押し出される。この押し出された高温水は上流側通路部５ａを介して混合弁１０に導入される。水はバイパス通路６を介して混合弁１０に導入される。出湯温度が指令温度になるように、混合弁１０を介して混合される水と高温水の流量比が制御される。

次に、出湯通路５の上流側通路部５ａの形状について説明する。
図２に示すように、上流側通路部５ａ（高温水側配管に相当する）は、その混合弁１０近傍部においてＬ字型部３０を有している。Ｌ字型部３０は、混合弁１０に右端部が接続され水平方向に延びる水平管部３０ａと、この水平管部３０ａの左端部から上方に向けて湾曲する湾曲管部３０ｂと、湾曲管部３０ｂの上端に連なり鉛直方向に延びる立上り管部３０ｃとから形成されている。尚、この出湯通路５は、例えば、外径は１６ｍｍ程度に設定され、管厚は０．６ｍｍ程度に設定される。

次に、高温水側の温度検知センサ３１の設置箇所について説明する。
図２に示すように、温度検知センサ３１（温度検知手段に相当する）は、高温水の温度を検知するために、混合弁１０に接続される上流側通路部５ａの立上り管部３０ｃに設けられている。温度検知センサ３１は、混合弁１０の内部容積Ｖ１よりも混合弁１０から温度検知センサ３１までの配管容積Ｖ２が大きくなる位置であって混合弁１０の混合室１２の上端の高さ位置よりも高くなる位置に設けられている。

ここで、上述の内部容積Ｖ１と配管容積Ｖ２について詳しく説明をする。
図２に示すように、混合弁１０の内部容積Ｖ１は、混合室１２の内部容積から弁軸１７や第１、第２弁体２１，２２などの体積を差し引いた容積で規定される。混合弁１０から温度検知センサ３１までの配管容積Ｖ２は、水平管部３０ａの内部容積、湾曲管部３０ｂの内部容積、立上り管部３０ｃの内部容積の合計値で規定される。尚、立上り管部３０ｃの通路長Ａは、８０〜１００ｍｍ程度に設定され、水平管部３０ａからなる通路長Ｂは、３０〜５０ｍｍ程度に設定されるのが望ましいが、この長さに限定する必要はない。

このように、混合室１２内及び近傍部で水と高温水との比重差による自然対流が発生し、混合室１２内の水又は低温の水が上流側通路部５ａに流入しても、混合弁１０の内部容積Ｖ１よりも配管容積Ｖ２が大きくなる位置であって混合室１２の上端の高さ位置よりも高くなる位置に温度検知センサ３１を設けたため、温度検知センサ３１の設置箇所近傍部まで水又は低温の水が到達することはない。従って、温度検知センサ３１が混合室１２から逆流した水又は低温の水の温度を検出することはなく、温度検知センサ３１の近傍部で高温水の温度が急激に低下することはない。尚、温度検知センサ３１は、立上り管部３０ｃの通路長Ａの上限位置に設けられているが、上記の容積の条件と混合室１２の上端より上方位置であれば、特に立上り管部３０ｃの通路長Ａの上限位置に限定する必要はなく、それよりも下方に設置しても良い。

貯湯給湯装置２には、図示は省略するが、高温水側の温度検知センサ３１以外にも、水の温度を検知する温度検知センサや、貯湯タンク３内の温度を検知する温度検知センサ３１など種々の温度検知センサが設けられている。

次に、本発明の給湯装置１の作用、効果について説明する。
温度検知センサ３１（温度検知手段）が、混合弁１０（混合手段）の内部容積Ｖ１よりも混合弁１０から温度検知センサ３１までの配管容積Ｖ２が大きくなる位置であって混合弁１０の混合室１２の上端の高さ位置よりも高くなる位置に設けられたので、温度検知センサ３１により、混合弁１０の内部及び近傍部で発生する自然対流の影響を受けずに、上流側通路部５ａ内の温度を正確に検知することができる。つまり、混合弁１０の内部容積Ｖ１よりも混合弁１０から温度検知センサ３１までの配管容積Ｖ２が大きいので、混合弁１０の混合室１２の水や温度が下がった高温水が温度検知センサ３１の設置箇所近傍部まで逆流して高温水と混合するのを防止することができる。

また、対流による影響を受けない位置に高温水側の温度検知センサ３１を設けるので、混合弁１０の位置・姿勢を考慮する必要がなくなり、依って、混合弁１０の設計の自由度が向上する。上流側通路部５ａに圧力損失を生じる逆止弁を別途設ける必要がなくなるので、製造コストを低減することができる。

さらに、温度検知センサ３１が対流の影響を受けずに高温水の温度を正確に検知することで、再出湯時に設定値よりも大幅に高い湯水を排出することを防止し、再出湯時の温度変動幅を小さくすることができる。

混合弁１１に接続され水平方向に延びる水平管部３０ａと、この水平管部３０ａに連なる湾曲管部３０ｂと、この湾曲管部３０ｂに連なり鉛直方向又は斜め上方に延びる立上り管部３０ｃとから形成されるＬ字型部３０を有し、温度検知センサ３１は立上り管部３０ｃに設けられたので、立上り管部３０ｃ内の高温水の温度を対流の影響を受けずに検知することができる。

混合弁１０の下部から水が導入され、混合弁１０の側部から高温水が導入され、混合弁１０の上部から湯水を排出するので、バイパス通路６が下部に接続され、上流側通路部５ａが側部に接続され、下流側通路部５ｂが上部に接続された混合弁１０を提供することができる。

次に、本実施例の給湯装置１の別変更形態について説明する。
［１］本実施例の上流側通路部５ａにおいて、Ｌ字型部３０の立上り管部３０ｃは、鉛直方向に延びるように形成されているが、特に鉛直方向に限定する必要はなく、水平管部３０ａから斜め上方に延びるように形成されても良い。

［２］本実施例の混合弁１０は、その上部に出湯通路５の下流側通路部５ｂの上流端が接続されて、湯水が排出されるように構成されているが、特にこの構成に限定する必要はなく、混合弁１０の側部に下流側通路部５ｂの上流端を接続して湯水を排出するように構成しても良い。

［３］本実施例の混合弁１０の第１、第２弁体２１，２２は、必ずしも複数の部材から構成された弁体である必要はなく、本発明と同様の弁機能を奏するものであれば、バネ部材を省略して第１、第２弁体２１，２２を１つの弁体から構成して弁軸１７に設けた簡単な構成のものであっても良い。

［４］本実施例の給湯装置１は、ヒートポンプユニット４１を有するものを例として説明したが、ヒートポンプユニット４１の代わりに貯湯タンク３内に電熱ヒータを設け、この電熱ヒータにより高温水を生成する電気給湯装置であっても良いし、太陽熱を利用して高温水を生成する太陽熱温水装置であっても良い。また、その他の手段で高温水を生成し、水と混合調温することで湯水を出湯する種々の給湯装置であっても良い。

［５］その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例の種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態を包含するものである。

１ 給湯装置
２ 貯湯給湯装置
５ 出湯通路
５ａ 上流側通路部（高温水側配管）
５ｂ 下流側通路部
１０ 混合弁（混合手段）
１１ａ 第１開口
１１ｂ 第２開口
１１ｃ 第３開口
１２ 混合室
３０ Ｌ字型部
３０ａ 水平管部
３０ｂ 湾曲管部
３０ｃ 立上り管部
３１ 温度検知センサ（温度検知手段）

Claims (3)

1. 水と高温水から混合調温された湯水を排出する混合手段を有する給湯装置において、
   前記混合手段に接続される高温水側配管に温度検知手段が設けられ、
   前記温度検知手段は、前記混合手段の内部容積よりも混合手段から温度検知手段までの配管容積が大きくなる位置であって前記混合手段の混合室の上端の高さ位置よりも高くなる位置に設けられ、
   前記混合手段には、高温水が導入される第１開口と水が導入される第２開口との間に位置するように湯水が排出される第３開口が形成されたことを特徴とする給湯装置。
2. 前記高温水側配管は、前記混合手段に接続され水平方向に延びる水平管部と、この水平管部に連なり上方へ向けて湾曲する湾曲管部と、この湾曲管部に連なり鉛直方向又は斜め上方に延びる立上り管部とから形成されるＬ字型部を有し、前記温度検知手段は前記立上り管部に設けられたことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
3. 前記混合手段の下部から前記水が導入され、前記混合手段の側部から前記高温水が導入され、前記混合手段の上部又は側部から前記湯水を排出することを特徴とする請求項１又は２に記載の給湯装置。