JP5829157B2 - 給湯器 - Google Patents

Description

本発明は、給水管からの水をバーナを備えた熱交換器で加熱して出湯管から出湯させる給湯器に関する。

給湯器は、バーナを備えた熱交換器の入口側に、水道からの水が供給される給水管が、出口側に出湯管がそれぞれ接続されて、器具内に通水されることで、熱交換器においてバーナの燃焼ガスと水との熱交換を行って水を加熱し、出湯管から所定温度の湯を浴室等に出湯可能としている。
ところで、近年給湯器や風呂装置の分野において、湯内に微細気泡（マイクロバブル）を発生させて洗浄効果や温浴効果を得ようとする技術が知られている。このマイクロバブル発生装置としては、ポンプで湯水を加圧して空気を強制的に溶け込ませ、その後の減圧によって気泡を発生させる構造のものが知られている。また、例えば特許文献１には、風呂追い炊き用の熱交換器と浴槽との間で湯水を循環させるものにおいて、浴槽に設けられた循環アダプタに、外部の空気を導入する吸気ノズル部を備え、旋回室の接線方向に湯水を供給して旋回させることで、吸気ノズル部から外気を吸引して旋回湯水と混合し、微細気泡を発生させる旋回式気泡発生装置を設けて、浴槽内へ供給される湯水内にマイクロバブルを発生させるようにした発明が開示されている。

特開２０１０−２０７６７８号公報

上記従来のマイクロバブル発生装置は、何れも給湯器の外部に設置される大掛かりなものであるため、コストもかさむものとなっていた。

そこで、本発明は、マイクロバブルを安価な構成で利用することができる給湯器を提供することを目的としたものである。

上記目的を達成するために、請求項１に記載の発明は、バーナと、バーナに加熱される熱交換器と、熱交換器に接続される給水管及び出湯管と、バーナの燃焼を制御する制御手段と、を含み、器具内の通水により、制御手段がバーナを燃焼させて熱交換器を通過する水を加熱して出湯させる給湯器であって、出湯管側に、本流路から分岐して本流路の一部をバイパスするバイパス路を形成すると共に、本流路とバイパス路との分岐部に、制御手段により制御され、流路を本流路とバイパス路との何れか一方へ選択的に切替可能な流路切替手段を設ける一方、バイパス路に、湯の撹拌部と、加圧部と、減圧部とを備えて微細気泡を発生させるマイクロバブル発生器を設けて、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すると共に、制御手段により制御されてバイパス管を流れる水量を制御する水量制御手段を設けて、制御手段は、流路切替手段により流路を本流路からバイパス路へ切り替えた際には、水量制御手段によりバイパス管を流れる流量を減少させて熱交換器を流れる流量を増加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の構成において、撹拌部が、湯の流入によって旋回する旋回車を収容したものであり、加圧部が、撹拌部と連通し、下流側へ行くに従って縮径するテーパ状流路であり、減圧部が、加圧部と連通し、下流側へ行くに従って拡径するテーパ状流路であることを特徴とするものである。

請求項１に記載の発明によれば、マイクロバブル発生器を組み込んだことで、マイクロバブルを安価な構成で利用することができる。
また、マイクロバブルの発生量を多くすることができる。
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、マイクロバブル発生器をバイパス路へ簡単に組み込めるコンパクトな構成とすることができる。

給湯器の概略図である。 切替部の説明図である。 バーナ切替制御のグラフである。 風呂給湯器の概略回路図である。

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、給湯器の一例を示す概略図で、給湯器１は、器具本体内に、給気ファン３を備えた燃焼室２を形成して、燃焼室２の内部に、燃料ガスと給気ファン３からの一次空気との混合ガスを燃焼させるバーナ４，４・・を備えると共に、バーナ４の燃焼によって加熱され、給水管６と出湯管７とを接続した熱交換器５を設けている。バーナ４へのガス管８には、元電磁弁９及びガス比例弁１０、切替電磁弁１１，１１がそれぞれ設けられて、各弁が制御手段としてのコントローラ１２によって制御可能となっている。１３はイグナイタ、１４は点火電極、１５はフレームロッドである。

また、給水管６と出湯管７との間には、熱交換器５をバイパスするバイパス管１６が接続されて、給水管６におけるバイパス管１６との接続位置よりも上流側には、給水管６を流れる水量を検出する水量センサ１７と、給水管６の水量を制御する水量サーボ１８とが設けられ、バイパス管１６には、バイパス管１６の水量を制御する水量制御手段としてのバイパスサーボ１９が設けられて、それぞれコントローラ１２に電気的接続されている。一方、出湯管７には、給湯栓２０と、出湯管７の上流側で燃焼室２からの出口温度を検出する第１サーミスタ２１と、バイパス管１６よりも下流側で出湯温度を検出する第２サーミスタ２２とが設けられて、第１、第２サーミスタ２１，２２もコントローラ１２に電気的接続されている。２３は、コントローラ１２に電気的接続されるリモコンで、運転スイッチや設定温度の変更ボタン、表示部の他、マイクロバブル発生ボタン２４が設けられている。

そして、出湯管７において、バイパス管１６との接続部よりも下流側には、マイクロバブルの切替部３０が設けられている。この切替部３０は、図２に示すように、まずケーシング３１の上部に、分割された上流側の出湯管７が接続される湯入口３２が、ケーシング３１の下部に、分割された下流側の出湯管７が接続される湯出口３３がそれぞれ形成されている。また、湯入口３２と湯出口３３との間には、出湯管７と繋がる本流路３４が形成されていると共に、湯入口３２の下流側で本流路３４から分岐して湯出口３３の上流側で再び合流して、本流路３４の一部をバイパスするバイパス路３５が形成されている。

３６はバルブで、ケーシング３１に組み付けられてバイパス路３５内に突出する左右方向の保持筒３７と、その保持筒３７に螺合して本流路３４とバイパス路３５との分岐位置に突出する弁軸３８と、その弁軸３８の先端に取り付けられる弁体３９とを備えてなる。分岐位置におけるバイパス路３５側には、第１の弁座４０が形成される一方、本流路３４側には、第２の弁座４１が形成されて、弁体３９が第１の弁座４０に当接する弁軸３８の第１の位置では、図２に示すようにバイパス路３５を閉塞して本流路３４を開放し、弁体３９が第２の弁座４１に当接する弁軸３８の第２の位置では、二点鎖線で示すように本流路３４を閉塞してバイパス路３５を開放するようになっている。弁軸３８は、コントローラ１２に電気的接続されたステッピングモータ４２（図２では図示略）の駆動により回転し、第１の位置と第２の位置とに選択的に前後動可能となっている。このバルブ３６とステッピングモータ４２とが流路切替手段となる。

そして、バイパス路３５におけるバルブ３６の下流側には、マイクロバブル発生器４３が設けられている。このマイクロバブル発生器４３は、筒状の本体４４に、湯が流入する撹拌部４５と、撹拌部４５の下流側に連通し、下流側へ行くに従って縮径するテーパ状流路となる加圧部４６と、その加圧部４６の下流側に同軸で連通し、下流側へ行くに従って拡径するテーパ状流路となる減圧部４７とを形成し、撹拌部４５に旋回車４８を収容してなる。旋回車４８は、撹拌部４５内で回転可能に収容されて加圧部４６の上流端を閉塞する円盤状で、軸線に対して螺旋状に傾斜する複数の流入孔４９，４９・・が穿設されている。５０は、旋回車４８の軸心で加圧部４６側へ突設された突起である。

よって、このマイクロバブル発生器４３においては、撹拌部４５に湯が流入すると、旋回車４８の流入孔４９，４９・・を通ることで、旋回車４８が回転する。この旋回車４８の回転により、旋回流が発生して撹拌部４５で湯が撹拌されて加圧部４６へ流れ込み、加圧部４６で縮径するテーパ状流路によって加圧される。その後、加圧された湯が減圧部４７へ流入して圧力が開放されることで、湯内の溶存空気がμｍ単位の微細気泡（マイクロバブル）として現出することになる。

以上の如く構成された給湯器１においては、給湯栓２０を開いて器具内に通水させると、水量センサ１７でこれを検知したコントローラ１２は、給気ファン３を回転させてプリパージを行い、元電磁弁９と切替電磁弁１１及びガス比例弁１０をそれぞれ開いてバーナ４にガスを供給すると共に、イグナイタ１３を作動させてバーナ４の点火制御を行う。バーナ４の点火をフレームロッド１５で確認した後、コントローラ１２は、第２サーミスタ２２で検出された出湯温度と、リモコン２３で設定された設定温度との差に応じて、ガス比例弁１０の開度を制御してガス量を連続的に変化させ、出湯温度を設定温度に一致させる出湯温制御を行う。
よって、出湯管７からは、設定温度の湯が出湯されるが、切替部３０では、バルブ３６の弁軸３８は第１の位置にあってバイパス路３５を閉塞しているため、湯は本流路３４を通り、マイクロバブルは発生しない。

一方、出湯中にリモコン２３のマイクロバブル発生ボタン２４がＯＮ操作されると、コントローラ１２は、ステッピングモータ４２を駆動させて弁軸３８を第２の位置に移動させ、切替部３０において本流路３４を閉塞させる。すると、湯はバイパス路３５を通って出湯管７を流れるため、マイクロバブル発生器４３を通過する際に、前述のようにマイクロバブルが発生する。よって、マイクロバブルを含んだ湯が出湯されることになる。
また、このときコントローラ１２は、バイパス率を下げるようにバイパスサーボ１９を制御する。これにより、熱交換器５への流量が増加してマイクロバブル発生器４３においてマイクロバブルの発生量が多くなる。

このように、上記形態の給湯器１によれば、出湯管７側に、本流路３４から分岐して本流路３４の一部をバイパスするバイパス路３５を形成すると共に、本流路３４とバイパス路３５との分岐部に、コントローラ１２により制御され、流路を本流路３４とバイパス路３５との何れか一方へ選択的に切替可能な流路切替手段（バルブ３６及びステッピングモータ４２）を設ける一方、バイパス路３５に、湯の撹拌部４５と、加圧部４６と、減圧部４７とを備えて微細気泡を発生させるマイクロバブル発生器４３を設けたことで、マイクロバブルを安価な構成で利用することができる。

特にここでは、撹拌部４５を、湯の流入によって旋回する旋回車４８を収容したものとし、加圧部４６を、撹拌部４５と連通し、下流側へ行くに従って縮径するテーパ状流路とし、減圧部４７を、加圧部４６と連通し、下流側へ行くに従って拡径するテーパ状流路としているので、マイクロバブル発生器４３をバイパス路３５へ簡単に組み込めるコンパクトな構成とすることができる。
また、コントローラ１２は、バルブ３６及びステッピングモータ４２により流路を本流路３４からバイパス路３５へ切り替えた際には、バイパスサーボ１９によりバイパス管１６を流れる流量を減少させて熱交換器５を流れる流量を増加させるようにしているので、マイクロバブルの発生量を多くすることができる。

さらに、このときコントローラ１２は、図３に示すように、同じガスインプットで燃焼させるバーナ４を３Ｌ（３段低火力）から２Ｈ（２段高火力）に切り替える（同図のＢ→Ａ）ようにしている。
バイパス率を低くして熱交換器５を流れる流量を増加させると、熱交換器５の出口の出湯温度が下がり、熱交換器５のフィンにドレンが生じやすくなる。しかし、このようにバーナ４の燃焼段数を下げて火力を強くする方向へ切り替えることで、熱交換器５の負荷の低下を抑えてドレンを発生しにくくできる。すなわち、ドレンの発生を抑えつつ、マイクロバブルを発生させる短時間のみバイパス率を下げてマイクロバブルの発生を促すようにしたものである。

なお、上記形態では、マイクロバブル発生ボタンをＯＮ操作することで、給湯栓からの出湯中にマイクロバブルが発生する給湯器となっているが、図４に示すように、切替部３０の下流側で出湯管７に分岐接続した落とし込み管２５から風呂回路６０側の浴槽６３に給湯することができる風呂給湯器１Ａにおいては、給湯リモコン２３又は風呂リモコン２６に設けたマイクロバブル発生ボタン２４をＯＮ操作することで、マイクロバブルを含んだ所定量の湯を浴槽６３に給湯可能としてもよい。このように浴槽６３へマイクロバブルを含んだ湯を供給すれば、温浴効果が期待できる。図４において、２７は落とし込み管２５に設けられた給湯用電磁弁、６１は風呂バーナ、６２は風呂熱交換器、６４は循環ポンプ６５を備えた戻り配管、６６は往き配管である。

また、流路切替手段としては電磁弁を用いたりすることができる。マイクロバブルの切替部も、ケーシング内に本流路とバイパス路とを分岐形成する形態に限らず、出湯管にバイパス路となる配管を分岐接続するようにしてもよい。
さらに、上記形態では、給水管と出湯管との間にバイパス管を接続した給湯器で説明しているが、バイパス管のない給湯器であっても本発明は適用可能である。

１・・給湯器、１Ａ・・風呂給湯器、２・・燃焼室、４・・バーナ、５・・熱交換器、６・・給水管、７・・出湯管、１２・・コントローラ、１６・・バイパス管、１９・・バイパスサーボ、２３・・リモコン、２４・・マイクロバブル発生ボタン、３０・・切替部、３１・・ケーシング、３２・・湯入口、３３・・湯出口、３４・・本流路、３５・・バイパス路、３６・・バルブ、３８・・弁軸、３９・・弁体、４２・・ステッピングモータ、４３・・マイクロバブル発生器、４４・・本体、４５・・撹拌部、４６・・加圧部、４７・・減圧部、４８・・旋回車、６０・・風呂回路、６３・・浴槽。

Claims (2)

1. バーナと、前記バーナに加熱される熱交換器と、前記熱交換器に接続される給水管及び出湯管と、前記バーナの燃焼を制御する制御手段と、を含み、器具内の通水により、前記制御手段が前記バーナを燃焼させて前記熱交換器を通過する水を加熱して出湯させる給湯器であって、
   前記出湯管側に、本流路から分岐して前記本流路の一部をバイパスするバイパス路を形成すると共に、前記本流路と前記バイパス路との分岐部に、前記制御手段により制御され、流路を前記本流路と前記バイパス路との何れか一方へ選択的に切替可能な流路切替手段を設ける一方、
   前記バイパス路に、湯の撹拌部と、加圧部と、減圧部とを備えて微細気泡を発生させるマイクロバブル発生器を設けて、
   前記給水管と前記出湯管との間に、前記熱交換器をバイパスするバイパス管を接続すると共に、前記制御手段により制御されて前記バイパス管を流れる水量を制御する水量制御手段を設けて、前記制御手段は、前記流路切替手段により前記流路を前記本流路から前記バイパス路へ切り替えた際には、前記水量制御手段により前記バイパス管を流れる流量を減少させて前記熱交換器を流れる流量を増加させることを特徴とする給湯器。
2. 前記撹拌部が、湯の流入によって旋回する旋回車を収容したものであり、前記加圧部が、前記撹拌部と連通し、下流側へ行くに従って縮径するテーパ状流路であり、前記減圧部が、前記加圧部と連通し、下流側へ行くに従って拡径するテーパ状流路であることを特徴とする請求項１に記載の給湯器。

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