JP6209734B2 - 給湯機 - Google Patents

Description

本発明は、逆流抑制弁を備えた貯湯式給湯機に関するものである。

従来、この種の貯湯式給湯機における逆止弁には、流体の流路を形成して一次側開口部および二次側開口部を有する弁ケースと、弁ケースの内部に収容されて、摺動軸および摺動軸の先端に取り付けられたゴム製のパッキンとで構成され、一次側開口部を閉塞または開放する弁体と、一次側開口部に配設され、弁体の先端に取り付けられたパッキンが当接する弁座と、弁体を二次側開口部から一次側開口部に向かって付勢する弾性体とを備えたものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１３−０５７３５５号公報

しかしながら、前記従来の構成では、二次側開口部側の圧力が過度に上昇した場合、弾性を有するパッキンが弁座に過度な圧力で押圧され、パッキンが破断してしまう場合があるという課題を有していた。また、前記従来の構成の逆止弁が常に熱負荷のかかる環境下で使用されると、パッキンの経年劣化が促進され、逆止弁としての機能が早期に失われてしまうという課題を有していた。

本発明は、前記従来の課題を解決するためのもので、長期に逆流抑制機能を発揮することが可能な耐久性に優れた逆流抑制弁を備えた給湯機を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯機は、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱装置と、前記貯湯タンク内の湯水と浴槽内の湯水とを熱交換させる追い焚き熱交換器と、前記追い焚き熱交換器と前記貯湯タンクとの間で湯水を循環させる追い焚き回路と、を備え、逆流抑制弁が前記追い焚き回路に設けられているとともに、前記逆流抑制弁は、流体の流路を形成し、一次側開口部および二次側開口部を有する弁ケースと、前記弁ケース内に配設され、前記一次側開口部を閉塞または開放する弁体と、前記一次側開口部に配設され、前記弁体が当接する弁座と、前記弁体を前記二次側開口部から前記一次側開口部に向かって付勢する弾性体と、を有し、前記弁体は、樹脂材で形成され、前記弁体のうち少なくとも前記弁座と当接する当接部の面粗度と前記弁座の面粗度とが異なる構成としたことを特徴とする。

これにより、二次側開口部に過大な圧力が生じる場合や、熱負荷のかかる環境下で使用される場合でも、長期に渡って逆流抑制機能を発揮することができる逆流抑制弁を備えた給湯機を提供できる。

本発明によれば、耐久性に優れた逆流抑制弁を備えた給湯機を提供することができる。

（ａ）本発明の実施の形態１における逆流抑制弁が一次側開口部を閉塞しているとき断面図（ｂ）同逆流抑制弁が一次側開口部を開放しているときの断面図 本発明の実施の形態における貯湯式給湯装置の概略構成図図

第１の発明は、湯水を貯湯する貯湯タンクと、前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱装置と、前記貯湯タンク内の湯水と浴槽内の湯水とを熱交換させる追い焚き熱交換器と、前記追い焚き熱交換器と前記貯湯タンクとの間で湯水を循環させる追い焚き回路と、を備え、逆流抑制弁が前記追い焚き回路に設けられているとともに、前記逆流抑制弁は、流体の流路を形成し、一次側開口部および二次側開口部を有する弁ケースと、前記弁ケース内に配設され、前記一次側開口部を閉塞または開放する弁体と、前記一次側開口部に配設され、前記弁体が当接する弁座と、前記弁体を前記二次側開口部から前記一次側開口部に向かって付勢する弾性体と、を有し、前記弁体は、樹脂材で形成され、前記弁体のうち少なくとも前記弁座と当接する当接部の面粗度と前記弁座の面粗度とが異なる構成としたことを特徴とする給湯機である。

これにより、二次側開口部に過大な圧力が生じた場合や、熱負荷のかかる環境下で使用されても、使用環境下で特に負荷のかかる弁体が、弁座の当接部を含めて樹脂で構成されているので、長期に渡って逆流抑制機能を発揮することができ、耐久性に優れた逆流抑制弁とすることができる。

また、弁座の面粗度と弁体の当接部の面粗度とが異なる値に設定されているので、二次側開口部に生じる圧力と一次側開口部に生じる圧力との圧力差が所定値以上になった場合、二次側開口部から一次側開口部へと圧力を逃がすことができる。よって、逆流抑制弁が配管内に配置され、逆流抑制弁の一次側と二次側とのいずれか一方側の配管内で過度な圧力が生じたとしても、その圧力を他方側の配管へと逃がし、配管の破損を防止することができる。

また、これにより、逆流抑制弁の逆流抑制機能によって、追い焚き回路内に滞留した湯水の温度低下によって生じる自然対流の発生を抑制することができる。

したがって、貯湯タンクの保有熱量の損失（放熱ロス）を低減して、省エネルギー性に優れた貯湯式給湯機を提供できる。また、追い焚き回路には、所定温度以上の湯水が流れる場合があるが、弁体が樹脂材で形成されていることから、湯水の熱負荷による劣化が生じにくく、長期にわたって、逆流抑制機能を発揮することができる。

第２の発明は、特に第１の発明において、一端が前記貯湯タンクの上部に接続され、前記貯湯タンクの上部に貯留された高温水が流れる高温水給湯配管と、一端が前記高温水給湯配管よりも鉛直下方の前記貯湯タンクに接続され、前記貯湯タンク内の前記高温水よりも温度の低い中温水が流れる中温水給湯配管と、前記高温水給湯配管の他端と前記中温水給湯配管の他端とが接続された中温水混合装置と、を備え、前記逆流抑制弁を、前記一次側開口部が前記貯湯タンク側となるように、少なくとも前記高温水給湯配管と前記中温水給湯配管のいずれか一方に設けたことを特徴とするものである。

これにより、高温水給湯配管および中温水給湯配管に自然対流が発生することを抑制することができる。さらに、弁体の当接面の面粗度と弁座の表面の面粗度とが異なる値に設定されているので、貯湯タンクに貯留した湯水の排水を行う際に、逆流抑制弁の二次側開口部に接続された配管内の水を一次側開口部へと通水させることができ、配管内の湯水の残存を防止することができる。さらに、配管内に湯水が残存し、低外気温下で配管内に残存した湯水が凍結することで配管内の圧力が上昇した場合でも、面粗度が異なる弁座と弁体とによって、逆流抑制弁の二次側開口部側の圧力を一次側開口部側へと逃がすことができ、配管部材の破損を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の
形態によって本発明が限定されるものではない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態の逆流抑制弁の概略図である。図１に示すように、本実施の形態における逆流抑制弁１は、流体の流路を形成し、一次側開口部２および二次側開口部３を有する弁ケース４と、弁ケース４内に配設され、一次側開口部２を閉塞または開放する弁体５と、弁体５を二次側開口部３から前記一次側開口部２に向かって付勢する弾性体７とを備えている。

弁ケース４は、一次側開口部２を形成する本体４ａと、二次側開口部３を形成する蓋体４ｂとを備えている。本体４ａと蓋体４ｂとは、互いに嵌め合わされて、接続されている。一次側開口部２は、一次側から見ると円形状の開口部で、二次側に向かって開口面積が次第に小さくなるテーパ形状に形成されている。また、一次側開口部２の最も二次側開口部３側には、弁体５と当接する弁座６が設けられている。弁座６は、一次側開口部２の端部が、二次側開口部３側に円周状に突出した突部として形成されている。

蓋体４ｂには、二次側開口部３と、弁体５が摺動するガイド部４ｃとが形成されている。本体４ａと蓋体４ｂとは、一次側開口部２の軸線とガイド部４ｃの軸線とが同一となるように形成されている。ガイド部４ｃには弁体５を二次側開口部３から一次側開口部２へ向かって付勢する弾性体（コイルバネ）７が外嵌めされている。これにより、無負荷の状態では、図１（ａ）に示すように、弁体５が一次側開口部２を閉塞する。

弁体５は、弁座６と当接することで、一次側開口部２を閉塞または開放する当接部５ａと、ガイド部４ｃによって形成されたガイド穴を摺動する軸部５ｂを有している。また、弁体５の一次側開口部２側には、流体の流路方向と平行な断面図上において一次側開口部２よりも小さく、軸部５ｂよりも大きい凹部５ｃが形成されている。これにより、弁体５が流体の流れにより一次側開口部２を開放する際に、軸部５ｂの摺動の安定性が向上する。

弁体５は、二次側開口部３側の圧力が一次側開口部２側の圧力と比較して同等以上であれば、図１（ａ）に示すように、弁座６と当接した状態を維持する。一方、弁体５は、流体が一次側開口部２側から二次側開口部３に向かって流れる場合、また、一次側開口部２側の圧力が二次側開口部３よりも圧力が高くなり弾性体７の保持力よりも大きくなった場合に、二次側開口部３の方向へ摺動し、図１（ｂ）の矢印で示すように、一次側開口部２から二次側開口部３へと向かう流れを実現させる。

ここで、二次側開口部３の圧力と一次側開口部２の圧力との圧力差が大きくなるにつれ、弁体５が弁座６に押圧されて負荷がかかる。特に、弁座６と当接する弁体５の当接部がゴム材で構成されている場合には、負荷の大きさによっては、ゴム材の破断や損傷により逆流抑制機能を喪失する場合がある。また、ゴム材は高温の環境下で経年劣化が促進されることから、高温環境下で使用された場合、早期に逆流抑制機能が喪失される場合がある。

そこで、本実施の形態においては、弁座６と当接する弁体５の当接部５ａを耐熱性に優れた樹脂材により形成している。これにより、弁体５の強度および熱耐久性を増大させ、長期にわたって逆流抑制機能を発揮することが可能な耐久性に優れた逆流抑制弁とすることができる。なお、弁体５全体を耐熱性に優れた樹脂材により形成してもよい。

また、弁体５の当接部５ａと弁座６の表面とを、異なる面粗度もしくは形状で形成している。これにより、二次側開口部３側の圧力が一次側開口部２側の圧力と比較して所定値
以上大きくなった場合に、弁体５の当接部５ａと弁座６との間に形成された隙間を通って圧力を逃がすことが可能となる。よって、逆流抑制弁１に接続される配管等の破損を防止することができる。なお、図１は、弁体５の当接部５ａと弁座６は同一平面で、その面粗度を異なるものとした例であるが、少なくともいずれか一方の面に凹凸形状を設け、隙間を形成してもよい。

ここでいう、面粗度とは、表面粗さをいい、算術平均粗さ、最大高さ、十点平均高さのいずれの値を用いもよい。

以上のように、本実施の形態における逆流抑制弁１によれば、弁体５の当接部５ａと弁座６の表面との面粗度、または、その形状を異なるものとすることにより、簡易な構成で逆流抑制機能を果たしながら、二次側開口部３側で過度な圧力が生じた場合には、その圧力を一次側開口部２側へと逃がすことが可能な、逆流抑制弁１を実現することができる。

次に、逆流抑制弁１を搭載した貯湯式給湯機について説明する。図２は、本実施形態の逆流抑制弁１を備えた貯湯式給湯機のシステム図である。

図２に示すように、貯湯式給湯機は、貯湯タンクユニット１０と水を加熱する加熱手段１１とを備えている。

貯湯タンクユニット１０は、湯水を貯留する貯湯タンク１２を備えている。貯湯タンク１２には、貯湯タンク１２の下部に接続された給水配管１３によって、水道管から貯湯タンク１２の下部へと給水が行われる。

貯湯タンク１２の下部に接続された排水配管３０は、排水装置３１と接続されている。貯湯式給湯機を長期間使用しない場合や、貯湯式給湯機のメンテナンスを行う場合などに、排水装置３１を作動させることで、排水配管３０を介して貯湯タンク１２内に貯湯された湯水の排水処理を行う。

貯湯タンク１２の内部の湯水を加熱する沸き上げ運転において、貯湯タンク１２に貯留された水は、貯湯タンク１２の下部と水を加熱する加熱手段１１とを接続する入水配管１４を流れ、加熱手段１１へと送られる。なお、入水配管１４には、加熱手段１１へと水を圧送する循環ポンプ（図示せず）が設けられている。加熱手段１１としては、ヒートポンプ装置やガスボイラーなどが用いられる。

加熱手段１１にて加熱された水は、加熱手段１１と貯湯タンク１２の上部とを接続する出水配管１５を流れ、貯湯タンク１２の上部から貯湯タンク１２の内部へと流入する。これにより、貯湯タンク１２の内部に貯留される湯水は、上方から下方に向かって温度が低くなる温度成層をもつことになる。

浴槽１７内の湯水を貯湯タンク１２に貯留された湯によって加熱する追い焚き運転において、貯湯タンク１２の上部に貯留された湯は、貯湯タンク１２の上部に接続された高温水給湯配管１６を流れ、貯湯タンク１２から流出する。

高温水給湯配管１６には、接続点ａにおいて、貯湯タンク１２内の湯水と浴槽１７内の湯水とを熱交換させる追い焚き熱交換器１８に接続された熱交換入口配管１９と、圧力逃がし弁２０が配設された圧力逃がし管２１とが接続される。

貯湯タンク１２の上部から高温水給湯配管１６へと流出した高温の湯は、接続点ａにおいて、熱交換入口配管１９へと流れて追い焚き熱交換器１８に流入し、浴槽１７内の湯水
と熱交換を行う。浴槽１７内の湯水と熱交換を行って追い焚き熱交換器１８から流出した湯水は、熱交換出口配管２２を介して、高温水給湯配管１６が接続された箇所よりも鉛直下方の貯湯タンク１２へ流入する。なお、熱交換入口配管１９もしくは熱交換出口配管２２には、追い焚き熱交換器１８へと湯を圧送する循環ポンプ（図示せず）が設けられている。以上のように、高温水給湯配管１６の一部、熱交換入口配管１９、追い焚き熱交換器１８、熱交換出口配管２２、貯湯タンク１２が環状に接続されることにより、追い焚き回路５０を構成している。

なお、熱交換出口配管２２は、後述する中温水給湯配管２４と貯湯タンク１２との接続口よりも鉛直上方に接続されていても良い。

ここで、循環ポンプが作動していない状態で、熱交換入口配管１９や追い焚き熱交換器１８、熱交換出口配管２２内に滞留した湯水の温度が放熱により低下すると、配管内に自然対流が発生する。すなわち、熱交換入口配管１９側に滞留する高温水の温度が放熱により低下して鉛直下方へと流動する。これに伴い、貯湯タンク１２の上部に貯留された高温水が、高温水給湯配管１６や熱交換入口配管１９に向かって流出する。これが繰り返されることにより、貯湯タンク１２内の保有熱量が次第に減少する。

そこで、本実施の形態における貯湯式給湯機は、高温の湯が流れる熱交換入口配管１９もしくは熱交換出口配管２２に逆流抑制弁１ａを設けている。ここで、逆流抑制弁１ａは、一次側開口部２が追い焚き運転中の追い焚き回路５０における高温側（上流側）、すなわち、貯湯タンク１２の上方側となるように配置される。これにより、追い焚き回路５０内部における自然対流の発生を抑制し、省エネルギー性に優れた貯湯式給湯機を提供することができる。また、追い焚き回路５０には高温水が流れるが、逆流抑制弁１ａの弁体５が耐熱性に優れた樹脂剤にて構成されているので、長期に逆流抑制機能を発揮することが可能な耐久性に優れた逆流抑制弁１とすることができる。

シャワーヘッドやカランなどの給湯端末２８に湯水を供給する給湯運転において、貯湯タンク１２の上部から高温水給湯配管１６へと流出した高温水は、中温水混合装置２３の高温水入口に流入する。

中温水混合装置２３は、高温水入口と中温水入口を有し、中温水入口には、中温水給湯配管２４が接続されている。中温水給湯配管２４は、高温水給湯配管１６よりも鉛直下方の貯湯タンク１２に接続されて貯湯タンク１２内の上部に貯留される高温水よりも低い温度の中温水が流れる。

中温水混合装置２３で混合された湯水は、中温水出口から中温水出口配管２５へと流出する。中温水出口配管２５へと流出した湯水は、給湯混合装置２６の湯入口に流入する。給湯混合装置２６は、湯入口と水入口と給湯出口を備えている。給湯混合装置２６の水入口には、給水配管１３から分岐して給湯混合装置２６の水入口に接続された給水バイパス配管２７を流れる水が流入する。給湯混合装置２６は、中温水出口配管２５を流れた湯と給水バイパス配管２７を流れた水とを混合し、所定の温度の温水とする。混合された温水は、給湯混合装置２６の給湯出口から、給湯混合装置２６の給湯出口とカランなどの給湯端末２８とを接続する給湯配管２９に流出し、給湯端末２８へと流れる。

ここで、給湯運転が行われていない状態で、高温水給湯配管１６や中温水給湯配管２４内の湯温が放熱により低下すると、配管内に自然対流が発生し、貯湯タンク１２内の保有熱量を損失する。すなわち、高温水給湯配管１６側や中温水給湯配管２４に滞留する湯水の温度が放熱により低下して鉛直下方へと流動する。これに伴い、貯湯タンク１２の上部に貯留された高温水が、高温水給湯配管１６に向かって流出する。これが繰り返されるこ
とにより、貯湯タンク１２内の保有熱量が次第に減少する。

そこで、本実施の形態における貯湯式給湯装置のおいては、中温水給湯配管２４に逆流抑制弁１ｂを設ける。ここで、逆流抑制弁１ｂは、一次側開口部２が貯湯タンク１２側となり、二次側開口部３が中温水混合装置２３側となるように配置される。これにより、自然対流の発生を抑制し、省エネルギー性に優れた貯湯式給湯装置を提供することができる。

また、給湯運転が行われていない状態で、追い焚き運転を実行すると、追い焚き給湯回路に配設された循環ポンプ（図示せず）により、高温水給湯配管１６から分岐した熱交換入口配管１９方向への流れが強制された場合、中温水給湯配管２４から高温水給湯配管１６に向かって中温水が流れ、追い焚き熱交換器１８に供給する湯水の温度が低下し、追い焚き熱交換器１８にて、浴槽１７内の湯水を十分に加熱することができない。

そこで、本実施の形態における貯湯式給湯装置においては、高温水給湯配管１６に逆流抑制弁１ｃを設ける。これにより、追い焚き運転を実行しても、逆流抑制弁１ｃの逆流抑制機能により、高温水給湯配管１６に向かって中温水が流れることを防止することができる。

また、高温水給湯配管１６および中温水給湯配管２４には高温水が流れるが、逆流抑制弁１ａの弁体５が耐熱性に優れた樹脂剤にて構成されているので、長期に逆流抑制機能を発揮することが可能な耐久性に優れた逆流抑制弁１とすることができる。

ここで、例えば、外気温が非常に低い場合、給湯配管２９や中温水出口配管２５の内部に残存した水が凍結する場合がある。また、排水装置３１を用いて排水処理を行った際に中温水給湯配管２４内に湯水が残存し、その水が凍結する場合がある。凍結が生じると、配管の内部では、凍結による水の体積膨張のため、過大圧力が発生する。仮に配管が閉回路であった場合、水の体積膨張によって、配管もしくは配管を構成する部品が、過大圧力により破損し、水漏れを引き起こす恐れがある。

そこで、逆流抑制弁１において弁体５の当接面５ａと弁座６の表面の面粗度を異なるものとすることで、一次側開口部２側の圧力と二次側開口部３側の圧力との圧力差が所定値以上になった際に、二次側開口部３から一次側開口部２へと圧力を逃がすことができ、過大圧力による配管部品の破損を防止することができる。

また、一般的に、貯湯タンクユニット１０の内部は、外気と遮断されており、貯湯タンク１２には高温の湯水が貯留されていることから、貯湯タンクユニット１０の外部の配管に比べ、貯湯タンク１２に近接する配管ほど低温になりづらく、凍結の可能性は低い。よって、逆流抑制弁１によって、凍結の可能性の低い貯湯タンク１２側の配管へと圧力を逃すことで、凍結の進行を抑制して、配管内部の過度な圧力上昇を抑制することができる。

また、貯湯タンク１２側の配管へと圧力を逃がした結果、貯湯タンク１２側の配管、例えば高温水給湯配管１６の内部がさらに高圧になった場合には、圧力逃がし管２１に設けられた圧力逃がし弁２０によって圧力を逃すことができる。これにより、貯湯タンク１２内部および貯湯タンクユニット１０に設けられた配管内部の圧力上昇を抑制し、中温水混合装置２３および給湯混合装置２６の周辺の配管や配管を構成する部品の破損、水漏れを防止することができる。

以上のように、本発明の逆流抑制弁を備えた給湯機は、長期にわたって逆流抑制機能を
発揮することができ、また、過度な圧力を緩和することができるので、給湯機の配管に搭載される逆流抑制弁として有用である。

１、１ａ〜１ｃ 逆流抑制弁
２ 一次側開口部
３ 二次側開口部
４ 弁ケース
５ 弁体
６ 弁座
７ 弾性体
１０ 貯湯タンクユニット
１１ 加熱手段
１２ 貯湯タンク
１３ 給水配管
１４ 入水配管
１５ 出水配管
１６ 高温水給湯配管
１７ 浴槽
１８ 追い焚き熱交換器
１９ 熱交換入口配管
２０ 圧力逃がし弁
２１ 圧力逃がし菅
２２ 熱交換出口配管
２３ 中温水混合装置
２４ 中温水給湯配管
２５ 中温水出口配管
２６ 給湯混合装置
２７ 給水バイパス配管
２８ 給湯端末
２９ 給湯配管
３０ 排水配管
３１ 排水装置

Claims (2)

1. 湯水を貯湯する貯湯タンクと、
   前記貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱装置と、
   前記貯湯タンク内の湯水と浴槽内の湯水とを熱交換させる追い焚き熱交換器と、
   前記追い焚き熱交換器と前記貯湯タンクとの間で湯水を循環させる追い焚き回路と、
   を備え、逆流抑制弁が前記追い焚き回路に設けられているとともに、
   前記逆流抑制弁は、流体の流路を形成し、一次側開口部および二次側開口部を有する弁ケースと、前記弁ケース内に配設され、前記一次側開口部を閉塞または開放する弁体と、前記一次側開口部に配設され、前記弁体が当接する弁座と、前記弁体を前記二次側開口部から前記一次側開口部に向かって付勢する弾性体と、を有し、前記弁体は、樹脂材で形成され、前記弁体のうち少なくとも前記弁座と当接する当接部の面粗度と前記弁座の面粗度とが異なる構成としたことを特徴とする給湯機。
2. 一端が前記貯湯タンクの上部に接続され、前記貯湯タンクの上部に貯留された高温水が流れる高温水給湯配管と、
   一端が前記高温水給湯配管よりも鉛直下方の前記貯湯タンクに接続され、前記貯湯タンク内の前記高温水よりも温度の低い中温水が流れる中温水給湯配管と、
   前記高温水給湯配管の他端と前記中温水給湯配管の他端とが接続された中温水混合装置と、を備え、
   前記逆流抑制弁を、前記一次側開口部が前記貯湯タンク側となるように、少なくとも前記高温水給湯配管と前記中温水給湯配管のいずれか一方に設けたことを特徴とする請求項１に記載の給湯機。