JP5974252B2

JP5974252B2 - 湯水混合装置および給湯器

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Publication number: JP5974252B2
Application number: JP2013002194A
Authority: JP
Inventors: 勉栗谷川
Original assignee: TGK Co Ltd
Current assignee: TGK Co Ltd
Priority date: 2013-01-10
Filing date: 2013-01-10
Publication date: 2016-08-23
Anticipated expiration: 2033-01-10
Also published as: JP2014134242A

Description

本発明は湯水混合装置および給湯器に関し、特に湯と水との混合性を改善した湯水混合装置およびこのような湯水混合装置を備えた給湯器に関する。

給湯器には、湯と水とを混合して所定の温度および流量の混合水にし、その混合水を台所、洗面台、風呂などに供給する湯水混合装置を備えている。給湯器から出湯される湯の温度は、湯と水とが混合されて出湯する混合水出口配管に備えられた出湯サーミスタによって計測される。湯水混合装置は、出湯サーミスタによって計測された温度が設定された温度になるように湯と水との混合比および流量を制御している。

出湯サーミスタは、これが計測した温度を基に出湯温度を制御しているので、湯と水とが十分に混合された混合水の温度を計測する必要がある。しかし、実際の湯水混合装置では、湯の配管と水の配管とが交わる位置に形成された混合部屋にて、湯と水とが単に混合され、その後、流量を調節する比例弁を介して、混合された混合水が出湯される。その混合部屋では、湯と水との混合が不完全な状態で混合されることが多く、そのため、出湯サーミスタは、正確な混合水の出湯温度を計測できない場合があった。

このような湯と水との混合が不完全なままで出湯サーミスタによる計測が行われてしまうことに対し、従来では、比例弁の下流側の配管を長くして出湯サーミスタに到達するまでの間にできるだけ完全に混合できるようにすることが行われている。

また、比例弁の下流側に攪拌装置を設け、ここで、混合が不完全であった混合水を攪拌して、より完全な混合状態の混合水を出湯するようにしたものが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

特開２００３−３５３７９号公報（段落〔００１５〕〜〔００１６〕，図３）

しかしながら、湯の配管と水の配管とが交わる混合部屋から比例弁を介して攪拌装置に至るまでの距離が短い場合、混合水が不完全な混合状態のまま攪拌装置に到達するので、攪拌装置による攪拌が十分でないという問題点があった。攪拌が十分でないと、出湯の計測温度にばらつきが生じてしまうので、給湯器は、設定した出湯温度に保つことが困難になる。また、計測温度がばらつくことは、湯水混合装置の制御動作を多くする原因となり、耐久性への懸念があった。

本発明はこのような点に鑑みてなされたものであり、比例弁の下流側に達するまでに湯と水とのより完全な混合を得ることができる湯水混合装置および給湯器を提供することを目的とする。

本発明では上記の課題を解決するために、湯を導入する湯経路と、水を導入する水経路と、前記湯経路と前記水経路とが直交する位置に形成された混合部屋と、前記混合部屋から前記湯経路および前記水経路と直交する方向に延出された出湯経路とを備えた湯水混合装置において、前記混合部屋と接続される前記水経路の水経路出口に形成されて前記湯経路が接続される側とは反対の側と前記出湯経路が接続される側とを部分的に閉塞するようにした第１の偏流壁と、前記混合部屋と接続される前記湯経路の湯経路出口に形成されて前記水経路が接続される側とは反対の側を部分的に閉塞するようにした第２の偏流壁と、を備えていることを特徴とする湯水混合装置が提供される。

また、本発明では、湯を導入する湯経路と、水を導入する水経路と、前記湯経路と前記水経路とが直交する位置に形成された混合部屋と、前記混合部屋から前記湯経路および前記水経路と直交する方向に延出された出湯経路と、前記混合部屋と接続される前記水経路の水経路出口に形成されて前記湯経路が接続される側とは反対の側と前記出湯経路が接続される側とを部分的に閉塞するようにした第１の偏流壁と、前記混合部屋と接続される前記湯経路の湯経路出口に形成されて前記水経路が接続される側とは反対の側を部分的に閉塞するようにした第２の偏流壁と、を有する湯水混合装置を備えていることを特徴とする給湯器が提供される。

このような湯水混合装置および給湯器によれば、混合部屋に接続される湯経路および水経路の湯経路出口および水経路出口に第１の偏流壁および第２の偏流壁を設け、混合部屋に入る湯および水を互いにぶつけ合う構成にしている。これにより、混合部屋における湯と水との混合が促進されることにより、湯と水との混合性が大幅に改善される。

上記構成の湯水混合装置は、湯と水との混合水の流量を制御する比例弁の上流側に第１および第２の偏流壁を備えて混合性を大幅に改善したことにより、湯水混合装置から出湯される混合水の温度にばらつきが抑制され給湯温度が安定するという利点がある。給湯温度が安定して出湯サーミスタにより計測される給湯温度が安定することにより、給湯器は、設定した給湯温度に保つことができるようになる。

本発明の給湯器の構成例を示すシステム図である。湯水混合装置の外観を示す斜視図である。分配弁の構成を示す断面図である。比例弁の構成を示す図３のＡ−Ａ矢視断面図である。比例弁の構成を示す図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。比例弁モータ取付面側から見たボディを示す図である。水出口配管側からボディを示す図６のＣ矢視図である。バイパス経路から混合部屋を見た図３のＤ−Ｄ矢視断面図である。湯入口配管側から見たボディを示す図６のＥ矢視図である。混合部屋の内部を示す図６のＦ−Ｆ矢視断面図である。バイパス経路の水経路出口に形成される偏流壁の変形例を示す図であって、（Ａ）は偏流壁の第１の変形例を示す図、（Ｂ）は偏流壁の第２の変形例を示す図、（Ｃ）は偏流壁の第３の変形例を示す図、（Ｄ）は偏流壁の第４の変形例を示す図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は本発明の給湯器の構成例を示すシステム図である。
給湯器は、熱交換器１と、湯水混合装置２とを備えている。湯水混合装置２は、上水道の給水配管３に接続される給水入口配管４、熱交換器１の上流側配管５に接続される水出口配管６（第２の水経路）、熱交換器１の下流側配管７に接続される湯入口配管８（湯経路）、および給湯配管９に接続される混合水出口配管１０（出湯経路）を有している。給水入口配管４は、流量センサ１１を介して分配弁１２の入口に接続され、分配弁１２の第１出口は、水出口配管６に接続され、分配弁１２の第２出口は、バイパス経路１３（水経路）の上流側に接続されている。バイパス経路１３の下流側は、湯入口配管８と合流した後、比例弁１４の上流側に接続され、比例弁１４の下流側は、混合水出口配管１０に接続されている。この混合水出口配管１０に接続される給湯配管９は、途中で分岐されて、たとえば台所の蛇口へ出湯する配管、風呂へ出湯する配管などに接続されている。

また、給水配管３には、給水温度を計測する入水サーミスタ１５が設けられ、熱交換器１の下流側配管７には、熱交換器出口温度を計測する熱交換器出口サーミスタ１６が設けられ、給湯配管９には、出湯温度を計測する出湯サーミスタ１７が設けられている。

以上の構成の給湯器において、給水配管３から供給された水は、流量センサ１１を通り、分配弁１２に供給される。分配弁１２は、熱交換器１とバイパス経路１３とに分配する水の比率を制御する。熱交換器１に供給された水は、加熱されて湯になり、湯入口配管８に供給される。この湯入口配管８に供給された湯は、バイパス経路１３を介して供給された水と混合され、比例弁１４にて出湯流量が制御され、混合水出口配管１０より出湯される。分配弁１２および比例弁１４は、電動制御弁であり、入水サーミスタ１５、熱交換器出口サーミスタ１６および出湯サーミスタ１７により計測された温度を基に図示しない制御部によって出湯温度が設定温度になるように分配比および弁開度が制御される。

湯水混合装置２は、流量センサ１１、分配弁１２、バイパス経路１３および比例弁１４を備えているが、これらは、１つのボディに組み込まれて一体に構成されている。次に、この湯水混合装置２の構造について詳細に説明する。

図２は湯水混合装置の外観を示す斜視図、図３は分配弁の構成を示す断面図、図４は比例弁の構成を示す図３のＡ−Ａ矢視断面図、図５は比例弁の構成を示す図３のＢ−Ｂ矢視断面図である。図６は比例弁モータ取付面側から見たボディを示す図、図７は水出口配管側からボディを示す図６のＣ矢視図、図８はバイパス経路から混合部屋を見た図３のＤ−Ｄ矢視断面図、図９は湯入口配管側から見たボディを示す図６のＥ矢視図、図１０は混合部屋の内部を示す図６のＦ−Ｆ矢視断面図である。

湯水混合装置２は、ボディ２０に分配弁モータ２１および比例弁モータ２２を取り付けて構成されている。ボディ２０は、給水配管３から給水を受ける給水入口配管４、熱交換器１へ水を供給する水出口配管６、熱交換器１から湯を受ける湯入口配管８、および給湯配管９に出湯する混合水出口配管１０を備えている。給水入口配管４および水出口配管６は、それらの中心軸が直交配置され、中心軸の直交する位置には、分配弁１２の弁体が配置されている。水出口配管６、湯入口配管８および混合水出口配管１０も、それらの中心軸が直交配置され、これらの中心軸の直交する位置には、比例弁１４の弁体が配置されている。

分配弁１２は、図３に示したように、給水入口配管４の中心軸と同じ軸線上に配置された弁体２３と、この弁体２３を回転駆動する分配弁モータ２１とを備えている。弁体２３は、筒状の形状を有しており、その側面には、水出口配管６へ水を通す開口部２４と、バイパス経路１３へ水を通す開口部２５とが形成されている。これらの開口部２４，２５は、弁体２３の回転位置に応じて水出口配管６へ流す水量とバイパス経路１３へ流す水量との分配比を決めるものである。図示の例では、弁体２３は、開口部２４が大きく開いた状態、開口部２５が少し開いた状態の回転位置を示している。弁体２３は、その図示の回転位置から時計回りまたは反時計回り方向に回転するに従って、水出口配管６へ連通する開口部２４およびバイパス経路１３に連通する開口部２５の開口面積の大きさが互いに連続して逆方向に変化する特性になるような形状に形成されている。すなわち、弁体２３が回転するにつれて、その開口部２４，２５の一方は、開口面積が大きくなるよう変化し、他方は、開口面積が小さくなるように変化する。このようにして、給水入口配管４より導入された給水は、弁体２３の中空部に入り、そこで分岐して、一方は、弁体２３の開口部２４を介して水出口配管６へ流れ、他方は、弁体２３の開口部２５を介してバイパス経路１３へ流れる。

なお、給水入口配管４には、流量センサ１１が設けられている。この流量センサ１１は、給水入口配管４の通水路内に回転自在に配置された磁性体の羽根車２６と、給水入口配管４の筒状部内に埋設された磁気センサ２７とを備えている。流量センサ１１は、給水入口配管４に水が流れると、羽根車２６が回転し、磁気センサ２７が回転する羽根の近接を検知して、流量に応じたパルス信号を出力する。

バイパス経路１３は、湯入口配管８と直交するよう配置され、その接続部分には、湯と水とを混合する混合部屋２８が形成されている。なお、この混合部屋２８は、比例弁１４の弁体が収容される部屋でもあるが、この図３では、比例弁１４の弁体を省略して記載している。混合部屋２８と接続されるバイパス経路１３の水経路出口には、偏流壁２９（第１の偏流壁）が形成され、混合部屋２８と接続される湯入口配管８の湯経路出口には、偏流壁３０（第２の偏流壁）が形成されている。偏流壁２９は、バイパス経路１３から混合部屋２８へ入る水の流れを湯経路出口の側へ向け、湯の流れにぶつけるようにする機能を有する。偏流壁３０は、湯入口配管８から混合部屋２８へ入る湯の流れを湯経路出口の側へ向け、水の流れにぶつけるようにする機能を有する。このように、混合部屋２８の中において、湯と水とを互いにぶつけ合うような流れを作ることにより、湯と水との混合性を大幅に改善するようにしている。

比例弁１４は、図４および図５に示したように、バイパス経路１３と湯入口配管８と混合水出口配管１０とが交差する位置の混合部屋２８に配置された弁体３１と、混合部屋２８と混合水出口配管１０との接続部分に形成された弁座３２と、弁体３１を昇降駆動する比例弁モータ２２とを備えている。混合水出口配管１０は、バイパス経路１３および湯入口配管８と直交する方向に延出され、混合水出口配管１０の中心軸と同じ軸線上に弁体３１を保持している弁棒３３が延出されている。弁棒３３は、図５に示されるように、スプリング３４によって弁体３１が弁座３２に着座する方向に付勢されており、弁体３１のある側とは反対側では、ギヤ３５に係止されている。このギヤ３５は、その外周において、モータ出力軸に固定されたウォーム３６と噛合されており、内側に設けられた筒状部は、弁棒３３を保持するベース部３７と噛合されている。これにより、ギヤ３５は、ウォーム３６によって回動されると、弁棒３３の軸線方向に進退移動し、この進退移動が弁棒３３に伝達されることにより、弁体３１は、弁座３２に対して近接または離反移動する。すなわち、比例弁１４は、その弁開度が制御され、混合水出口配管１０より出湯される流量が制御される。

この比例弁１４の下流側に接続された混合水出口配管１０の内部には、互いに向き合う位置であって互いに混合水の流れ方向にずれた位置に、混合水の攪拌を行う２枚の壁３８，３９が形成されている。１枚目の壁３８は、図５に示したように、流れ方向に傾斜するように形成されており、これによって混合水出口配管１０における混合水の通水抵抗を低減している。２枚目の壁３９は、図３に示されるように、中心部にスリット４０が設けられており、これによって混合水出口配管１０における通水抵抗を低減している。

次に、図３の断面において、バイパス経路１３および湯入口配管８の混合部屋２８との接続部に形成されていて、湯と水との混合性を改善する機能を有する偏流壁２９，３０について説明する。

偏流壁２９は、図６に示したように分配弁モータ２１および比例弁モータ２２が取り付けられていないボディ２０を水出口配管６の側から見たＣ矢視図である図７および図３のＤ−Ｄ矢視断面図である図７において見ることができる。すなわち、偏流壁２９は、混合部屋２８と接続されるバイパス経路１３の水経路出口において、混合水出口配管１０が接続される側および湯入口配管８が接続される側とは反対側を塞ぐように略半円形状に形成されている。これにより、混合水出口配管１０が接続される側とは反対側および湯入口配管８が接続される側に開口部４１が形成されるため、バイパス経路１３から混合部屋２８へ入る水は、湯経路出口の側へ向けられる。また、バイパス経路１３の水経路出口において、混合水出口配管１０が接続される側に偏流壁２９があることによって、バイパス経路１３から混合部屋２８へ入る水が混合水出口配管１０の方へ直接流れて行くのを阻止している。これにより、湯との混合に寄与しない水の流れができるだけ生じないようにしている。さらに、バイパス経路１３の水経路出口においては、開口部４１で絞られた水が湯出口経路に向かって勢いよく混合部屋２８の中へ噴射されることになるので、湯との混合がより促進される。

偏流壁３０は、図３の断面図において、および、図６の分配弁モータ取付面４２の側および湯入口配管８の側からのＥ矢視図である図９において、それぞれ見ることができる。すなわち、偏流壁３０は、混合部屋２８と接続される湯入口配管８の湯経路出口において、バイパス経路１３が接続される側に開口部４３が位置するようにバイパス経路１３が接続される側とは反対側にて欠円形状に形成されている。この偏流壁３０は、その上流側が、偏流壁２９のようにバイパス経路１３の内壁に直角に形成されているのではなく、図３に示されるように、混合部屋２８に行くにつれて湯入口配管８の内壁からの高さが次第に高くなるようにテーパ状に形成されている。これにより、湯入口配管８から混合部屋２８へ入る湯は、湯経路出口においてバイパス経路１３の水経路出口の側へ向けられる。

混合部屋２８内には、図１０に示したように、バイパス経路１３の水経路出口において湯経路出口側および混合水出口配管１０とは反対側に開口する開口部４１があり、湯入口配管８の湯経路出口では水経路出口側に開口部４３がある。このため、混合部屋２８内では、湯経路出口の側へ向けられた水と水経路出口の側へ向けられた湯とが互いにぶつかって混合され、この混合された水が比例弁１４を通過して混合水出口配管１０へ流れて行く。

以上のように、この湯水混合装置２は、比例弁１４の上流側にて、あらかじめ湯と水とを混合し、その予混合水を比例弁１４に供給する構成にした。これにより、比例弁１４を通過した予混合水が混合水出口配管１０に設けられた壁３８，３９に到達する段階で湯と水とがある程度混合された状態になっている。そして、壁３８，３９を通過するときには、混合水の攪拌が行われるので、混合水出口配管１０から給湯配管９に供給される混合水は、湯と水の混合が確実に行なわれたものとなる。

湯水混合装置２から出湯される混合水は、温度のばらつきが抑制されて安定した出湯温度を得ることができる。これにより、出湯サーミスタ１７を湯水混合装置２に近い位置に設置されても、安定した計測値が得られることから、設定した給湯温度に保つことができる。また、出湯サーミスタ１７を湯水混合装置２に近い位置に設置できるので、湯と水との混合性を改善するために出湯サーミスタ１７の設置位置までの給湯配管９を長くするということが不要になる。

以上の実施の形態では、バイパス経路１３の水経路出口に形成される偏流壁２９は、略半円形状を有しているが、本発明は、偏流壁２９の形状は、略半円形状に限定されるものではない。以下に、偏流壁２９の変形例について説明する。

図１１はバイパス経路の水経路出口に形成される偏流壁の変形例を示す図であって、（Ａ）は偏流壁の第１の変形例を示す図、（Ｂ）は偏流壁の第２の変形例を示す図、（Ｃ）は偏流壁の第３の変形例を示す図、（Ｄ）は偏流壁の第４の変形例を示す図である。

図１１の（Ａ）に示す第１の変形例では、バイパス経路１３の水経路出口に形成される偏流壁２９ａは、混合水出口配管１０が接続される側とは反対側および湯入口配管８が接続される側に円形の開口部４１ａが位置するような形状に形成されている。これにより、この偏流壁２９ａは、バイパス経路１３から開口部４１ａを介して混合部屋２８へ入る水が混合水出口配管１０の方へ直接流れて行くのを阻止するとともに湯経路出口の側へ向けられるようになる。

図１１の（Ｂ）に示す第２の変形例では、バイパス経路１３の水経路出口に形成される偏流壁２９ｂは、混合水出口配管１０が接続される側とは反対側の中心位置から湯入口配管８が接続される側にかけて、約４分の１の大きさの開口部４１ｂが位置するような形状に形成されている。これにより、この偏流壁２９ｂは、バイパス経路１３から開口部４１ｂを介して混合部屋２８へ入る水が混合水出口配管１０の方へ直接流れて行くのを阻止するとともに湯経路出口の側へ向けられるようになる。

図１１の（Ｃ）に示す第３の変形例では、バイパス経路１３の水経路出口に形成される偏流壁２９ｃは、混合水出口配管１０が接続される側とは反対側および湯入口配管８が接続される側に先のとがった楕円形状の開口部４１ｃが位置するような三日月形状に形成されている。これにより、この偏流壁２９ｃは、バイパス経路１３から開口部４１ｃを介して混合部屋２８へ入る水が混合水出口配管１０の方へ直接流れて行くのを阻止するとともに湯経路出口の側へ向けられるようになる。

図１１の（Ｄ）に示す第４の変形例では、バイパス経路１３の水経路出口に形成される偏流壁２９ｄは、混合水出口配管１０が接続される側とは反対側および湯入口配管８が接続される側に欠円形状の開口部４１ｄが位置するような形状に形成されている。これにより、この偏流壁２９ａは、バイパス経路１３から開口部４１ｄを介して混合部屋２８へ入る水が混合水出口配管１０の方へ直接流れて行くのを阻止するとともに湯経路出口の側へ向けられるようになる。

１熱交換器
２湯水混合装置
３給水配管
４給水入口配管
５上流側配管
６水出口配管（第２の水経路）
７下流側配管
８湯入口配管（湯経路）
９給湯配管
１０混合水出口配管（出湯経路）
１１流量センサ
１２分配弁
１３バイパス経路
１４比例弁
１５入水サーミスタ
１６熱交換器出口サーミスタ
１７出湯サーミスタ
２０ボディ
２１分配弁モータ
２２比例弁モータ
２３弁体
２４，２５開口部
２６羽根車
２７磁気センサ
２８混合部屋
２９偏流壁（第１の偏流壁）
２９ａ偏流壁
２９ｂ偏流壁
２９ｃ偏流壁
２９ｄ偏流壁
３０偏流壁（第２の偏流壁）
３１弁体
３２弁座
３３弁棒
３４スプリング
３５ギヤ
３６ウォーム
３７ベース部
３８，３９壁
４０スリット
４１開口部
４１ａ開口部
４１ｂ開口部
４１ｃ開口部
４１ｄ開口部
４２分配弁モータ取付面
４３開口部

Claims

湯を導入する湯経路と、水を導入する水経路と、前記湯経路と前記水経路とが直交する位置に形成された混合部屋と、前記混合部屋から前記湯経路および前記水経路と直交する方向に延出された出湯経路とを備えた湯水混合装置において、
前記混合部屋と接続される前記水経路の水経路出口に形成されて前記湯経路が接続される側とは反対の側と前記出湯経路が接続される側とを部分的に閉塞するようにした第１の偏流壁と、
前記混合部屋と接続される前記湯経路の湯経路出口に形成されて前記水経路が接続される側とは反対の側を部分的に閉塞するようにした第２の偏流壁と、
を備えていることを特徴とする湯水混合装置。
前記第１の偏流壁は、前記湯経路が接続される側とは反対の側と前記出湯経路が接続される側にて前記水経路出口を部分的に閉塞するよう略半円形状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の湯水混合装置。
前記第２の偏流壁は、前記水経路が接続される側とは反対の側にて前記湯経路出口を部分的に閉塞するように欠円形状に形成されているとともに湯の流れ方向に前記湯経路の内壁からの高さが次第に高くなるようにテーパ状に形成されていることを特徴とする請求項１記載の湯水混合装置。
前記混合部屋と前記出湯経路との接続部分に形成された弁座と、前記混合部屋に配置された弁体と、前記弁体を前記弁座に対して近接または離反するように駆動する比例弁モータとを有する比例弁を備えていることを特徴とする請求項１記載の湯水混合装置。
前記比例弁の下流側の前記出湯経路の内部に攪拌用の壁が設けられていることを特徴とする請求項４記載の湯水混合装置。
給水された水を前記水経路と外部の熱交換器へ送り出す第２の水経路とに分配する分配弁を備えていることを特徴とする請求項１記載の湯水混合装置。
湯を導入する湯経路と、水を導入する水経路と、前記湯経路と前記水経路とが直交する位置に形成された混合部屋と、前記混合部屋から前記湯経路および前記水経路と直交する方向に延出された出湯経路と、前記混合部屋と接続される前記水経路の水経路出口に形成されて前記湯経路が接続される側とは反対の側と前記出湯経路が接続される側とを部分的に閉塞するようにした第１の偏流壁と、前記混合部屋と接続される前記湯経路の湯経路出口に形成されて前記水経路が接続される側とは反対の側を部分的に閉塞するようにした第２の偏流壁と、を有する湯水混合装置を備えていることを特徴とする給湯器。