JP6517654B2

JP6517654B2 - 給湯器

Info

Publication number: JP6517654B2
Application number: JP2015198214A
Authority: JP
Inventors: 雄岡野
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2015-10-06
Filing date: 2015-10-06
Publication date: 2019-05-22
Anticipated expiration: 2035-10-06
Also published as: JP2017072276A

Description

本発明は、バーナで加熱される熱交換器の上流側の給水路と下流側の給湯路とを熱交換器と並列に接続するバイパス路を備える給湯器に関する。

給湯器では、熱交換器からの出湯温度が低いと、バーナの燃焼排気中の水蒸気が熱交換器で凝縮してドレンが発生する。バイパス路を設ければ、熱交換器からの出湯温度が給湯設定温度より高くても、熱交換器から出湯される温水にバイパス路からの水が混合されて、バイパス路合流部よりも下流の給湯路の部分に給湯設定温度の温水を供給できる。そのため、給湯設定温度が低くてもドレンの発生を防止できる。

ここで、給湯器では、一般的に、給水路のバイパス路分岐部よりも上流部分又は給湯路のバイパス路合流部より下流部分に、熱交換器とバイパス路とへの合計通水量を可変する電動式の水量調節弁を介設し、バーナの燃焼量を最大にしても給湯温度が設定温度に達しない場合には、合計通水量を減少させる制御を行うようにしている。

また、従来、特許文献１により、水量調節弁として、給水路のバイパス路分岐部よりも上流部分又は給湯路のバイパス路合流部よりも下流部分に接続される第１ポートと、給水路のバイパス路分岐部よりも下流部分又は給湯路のバイパス路合流部よりも上流部分に接続される第２ポートと、バイパス路に接続される第３ポートと、第１ポート、第２ポート及び第３ポートに連通し、給水路のバイパス路分岐部又は給湯路のバイパス路合流部を構成する弁室とを有する弁筐と、モータで駆動される弁軸と、弁軸に連結され弁室に対する第１ポートの連通開度を可変する主弁と、弁軸に連結され弁室に対する第３ポートの連通開度を可変する副弁とを備えるものを用いた給湯器も知られている。

尚、特許文献１に記載のものでは、副弁を、主弁が所定の中間開き位置よりも閉じ側に存するときは弁室に対する第３ポートの連通開度を一定に維持し、主弁が中間開き位置よりも開き側に移動するときに弁室に対する第３ポートの連通開度を増加するように構成している。そして、給水圧が低い場合に、水量調節弁の主弁が中間開き位置よりも開き側に移動するように弁軸を駆動して、給水圧低下による合計通水量の減少をある程度補償すると共に、弁室に対する第３ポートの連通開度を増加させて、給水圧が低下したときに生ずるバイパス比（熱交換器とバイパス路とへの合計通水量に対するバイパス路への通水量の比）の低下を防止できるようにしている。

ところで、給湯設定温度が比較的高い場合に生じやすい熱交換器での沸騰を防止するためには、バイパス比を比較的低くすることが望まれ、一方、給湯設定温度が比較的低い場合に生じやすい熱交換器でのドレンの発生を防止するには、バイパス比を比較的高くすることが望まれる。然し、特許文献１に記載のものでは、これら相反する二つの要望を充足することはできない。

特開２０１４−１５６９８０号公報

本発明は、以上の点に鑑み、給湯設定温度が比較的高い場合にはバイパス比を比較的低くし、給湯設定温度が比較的低い場合にはバイパス比を比較的高くすることができるようにした給湯器を提供することをその課題としている。

上記課題を解決するために、本発明は、バーナで加熱される熱交換器の上流側の給水路と下流側の給湯路とを熱交換器と並列に接続するバイパス路と、熱交換器とバイパス路とへの合計通水量を可変する電動式の水量調節弁とを備える給湯器であって、水量調節弁の弁筐は、給水路のバイパス路分岐部よりも上流部分又は給湯路のバイパス路合流部よりも下流部分に接続される第１ポートと、給水路のバイパス路分岐部よりも下流部分又は給湯路のバイパス路合流部よりも上流部分に接続される第２ポートと、バイパス路に接続される第３ポートと、第１ポート、第２ポート及び第３ポートに連通し、給水路のバイパス路分岐部又は給湯路のバイパス路合流部を構成する弁室とを有し、水量調節弁は、モータで駆動される弁軸と、弁軸に連結され弁室に対する第１ポートの連通開度を可変する主弁と、弁軸に連結され弁室に対する第３ポートの連通開度を可変する副弁とを備えるものにおいて、主弁と副弁は、モータの回転角度が所定の第１範囲内であるときに、弁室に対する第３ポートの連通開度を、熱交換器とバイパス路とへの合計通水量に対するバイパス路への通水量の比であるバイパス比が第１の所定値となる開度に維持したままモータの回転に伴い弁室に対する第１ポートの連通開度を増減し、モータの回転角度が所定の第２範囲内であるときに、弁室に対する第３ポートの連通開度を、バイパス比が第１の所定値よりも大きな第２の所定値となる開度に維持したままモータの回転に伴い弁室に対する第１ポートの連通開度を増減するように構成され、給湯設定温度が所定温度以上である場合は、モータを第１範囲内で回転させるように制御し、給湯設定温度が所定温度よりも低い場合は、モータを第２範囲内で回転させるように制御することを特徴とする。

本発明によれば、給湯設定温度が比較的高い場合（所定温度以上の場合）は、バイパス比を比較的低い値（第１の所定値）にして、熱交換器での沸騰を防止することができ、また、給湯設定温度が比較的低い場合（所定温度より低い場合）は、バイパス比を比較的高い値（第２の所定値）にして、熱交換器でのドレンの発生を防止することができる。更に、給湯設定温度が比較的高い場合と比較的低い場合との何れにおいても、バーナの最大燃焼量で給湯温度が設定温度に達しない場合には、弁軸を第１と第２の各範囲内で弁室に対する第１ポートの連通開度が減少する方向に回転させて合計通水量を減少させることにより、給湯温度を設定温度まで上昇させることができる。

また、本発明において、弁室は円柱状に形成され、弁室の軸方向一端の開放端に第２ポートが連通し、弁室の軸方向一方の半部の周面の一部に、第１ポートに連通する主弁用連通口が設けられ、弁室の軸方向他方の半部の周面の一部に、第３ポートに連通する副弁用連通口が設けられ、弁室に、弁軸に連結された円筒状の弁体が回転自在に内挿され、弁体の軸方向一方の半部に、主弁用連通口に重なって弁室に対する第１ポートの連通開度を可変する主弁用弁孔が形成されると共に、弁体の軸方向他方の半部に、副弁用連通口に重なって弁室に対する第３ポートの連通開度を可変する副弁用弁孔が形成されて、弁体の軸方向一方の半部と他方の半部とで夫々主弁と副弁とが構成されることが望ましい。これによれば、主弁と副弁とを単一の弁体で構成できるため、水量調節弁の構造を簡素化してコストダウンを図ることができる。

本発明の第１実施形態の給湯器の配管回路を付記した水量調節弁の断面図。図１の水量調節弁に設けられた弁体の展開図。図１の水量調節弁の弁室に対する第１ポートの連通開度の変化特性とバイパス比の変化特性とを示すグラフ。本発明の第２実施形態の給湯器の配管回路を付記した水量調節弁の断面図。（ａ）図４の水量調節弁の弁軸が中間位置に移動した状態の断面図、（ｂ）図４の水量調節弁の弁軸が右端位置に移動した状態の断面図。図４の水量調節弁の弁室に対する第１ポートの連通開度の変化特性とバイパス比の変化特性とを示すグラフ。

図１に示す本発明の実施形態の給湯器は、バーナ１と、バーナ１で加熱される熱交換器２とを備えている。更に、熱交換器２の上流側の給水路３と下流側の給湯路４とを熱交換器２と並列に接続するバイパス路５と、熱交換器２とバイパス路５とへの合計通水量を可変する電動式の水量調節弁６とを備えている。

水量調節弁６は、給水路３のバイパス路５分岐部よりも上流部分３ａに接続される第１ポート６１１と、給水路３のバイパス路５分岐部よりも下流部分３ｂに接続される第２ポート６１２と、バイパス路５に接続される第３ポート６１３と、第１ポート６１１、第２ポート６１２及び第３ポート６１３に連通し、給水路３のバイパス路５分岐部を構成する弁室６１４とを有する弁筐６１と、ステッピングモータ等のモータ６２で駆動される弁軸６３と、弁軸６３に連結され弁室６１４に対する第１ポート６１１の連通開度を可変する主弁６４と、弁軸６３に連結され弁室６１４に対する第３ポート６１３の連通開度を可変する副弁６５とを備えている。また、第１ポート６１１の弁室６１４に向けてのびる通路部には、水流で回転する羽根車７１を有する水量センサ７が設けられている。

図１に示す第１実施形態において、弁室６１４は円柱状に形成されている。そして、弁室６１４の軸方向一端（図１で右端）の開放端に弁筐６１の内部空間を介して第２ポート６１２が連通し、弁室６１４の軸方向一方の半部（図１で右方の半部）の周面の一部（図１で下部）に、第１ポート６１１に連通する主弁用連通口６４１が設けられ、弁室６１４の軸方向他方の半部（図１で左方の半部）の周面の一部（図１で上部）に、第３ポート６１３に連通する副弁用連通口６５１が設けられている。

弁室６１４には、軸方向一端（図１で右端）のスポーク部６６１で弁軸６３に連結される円筒状の弁体６６が回転自在に内挿されている。そして、弁体６６の軸方向一方の半部（図１の右方の半部）に、主弁用連通口６４１に重なって弁室６１４に対する第１ポート６１１の連通開度を可変する主弁用弁孔６４２が形成されると共に、弁体６６の軸方向他方の半部（図１の左方の半部）に、副弁用連通口６５１に重なって弁室６１４に対する第３ポート６１３の連通開度を可変する副弁用弁孔６５２を形成して、弁体６６の軸方向一方の半部と他方の半部とで夫々主弁６４と副弁６５とが構成されるようにしている。

弁体６６の周方向を上下方向として弁体６６を展開した図である図２を参照して、主弁用弁孔６４２は、上下方向中央の「０°」位置近傍から下端の「＋１８０°」位置に向けて次第に幅が狭くなるようにのびる第１孔部６４２ａと、「０°」位置近傍から上端の「−１８０°」位置に向けて次第に幅が狭くなるようにのびる第２孔部６４２ｂとで構成される。また、副弁用弁孔６５２は、「０°」位置と「−１８０°」位置との間で周方向に延在する比較的幅狭の第１孔部６５２ａと、「０°」位置と「＋１８０°」位置との間で周方向に延在する比較的幅広の第２孔部６５２ｂとで構成されている。

ここで、弁体６６の「０°」位置が主弁用連通口６４１に正対する位相になる弁体６６の回転角度を「０°」として、弁体６６を「０°」から図２で上方に移動するように−方向に回転させると、主弁用連通口６４１に主弁用弁孔６４２の第１孔部６４２ａが重なって、−方向の回転角度が増加するのに伴い、弁室６１４に対する第１ポート６１１の連通開度が次第に減少し、一方、副弁用連通口６５１に副弁用弁孔６５２の第１孔部６５２ａが重なって、弁体６６の回転角度が−方向の所定範囲θ１内であるときは、弁室６１４に対する第３ポート６１３の連通開度が比較的小さな一定値に維持される。

また、弁体６６を「０°」から図２で下方に移動するように＋方向に回転させると、主弁用連通口６４１に主弁用弁孔６４２の第２孔部６４２ｂが重なって、＋方向の回転角度が増加するのに伴い、弁室６１４に対する第１ポート６１１の連通開度が次第に減少し、一方、副弁用連通口６５１に副弁用弁孔６５２の第２孔部６５２ｂが重なって、弁体６６の回転角度が＋方向の所定範囲θ２内であるときは、弁室６１４に対する第３ポート６１３の連通開度が比較的大きな一定値に維持される。

その結果、弁室６１４に対する第１ポート６１１の連通開度は図３のａ線で示す如く変化し、バイパス比（＝バイパス路５への通水量／熱交換器２とバイパス路５とへの合計通水量）は図３のｂ線で示す如く変化する。そして、弁体６６の回転角度が−方向の所定範囲θ１内であるときは、バイパス比が比較的小さな第１の所定値Ｂ１（例えば、０．２）に維持され、弁体６６の回転角度が＋方向の所定範囲θ２内であるときは、バイパス比が比較的大きな第２の所定値Ｂ２（例えば、０．８）に維持される。

ここで、−方向の所定範囲θ１に対応するモータ６２の回転角度範囲を第１範囲、＋方向の所定範囲θ２に対応するモータ６２の回転角度範囲を第２範囲として、本実施形態では、給湯設定温度が所定温度（例えば、４５℃）以上である場合は、モータ６２を第１範囲内で回転させるように制御し、給湯設定温度が所定温度よりも低い場合は、モータ６２を第２範囲内で回転させるように制御する。

これによれば、給湯設定温度が所定温度以上の場合は、バイパス比を比較的小さな第１の所定値Ｂ１にして、熱交換器２での沸騰を防止することができ、また、給湯設定温度が所定温度より低い場合は、バイパス比を比較的大きな第２の所定値Ｂ２にして、熱交換器２でのドレンの発生を防止することができる。更に、給湯設定温度が所定温度以上の場合と所定温度より低い場合との何れにおいても、バーナ１の最大燃焼量で給湯温度が設定温度に達しない場合には、弁体６６を各範囲θ１，θ２内で弁室６１４に対する第１ポート６１１の連通開度が減少する方向に回転させて合計通水量を減少させることにより、給湯温度を設定温度まで上昇させることができる。

次に、図４、図５に示す第２実施形態について説明する。第２実施形態では、水量調節弁６の弁軸６３を、モータ６２により図示省略した送りネジ機構を介して軸方向に進退させるようにしている。弁筐６１には、第１ポート６１１を弁室６１４に連通する主弁用連通口として、弁室６１４の一端（図４で右端）で軸方向に開口する第１連通口６４１_１と、第１連通口６４１_１の上流側で第１ポート６１１に向けて径方向に開口する第２連通口６４１_２とが設けられている。弁軸６３には、第１連通口６４１_１に対向する第１弁体部６４ａと、第２連通口６４１_２を開閉する筒状の第２弁体部６４ｂと、第２弁体部６４ｂを第１弁体部６４ａに連結するスポーク部６４ｃとを有する主弁６４が連結されている。尚、主弁６４は、弁軸６３に取付けた止輪６４３に第１弁体部６４ａの先端が当接するようにバネ６４４で付勢した状態で弁軸６３に外挿されており、弁軸６３と一体に軸方向に進退する。また、第１弁体部６４ａは、第１連通口６４１_１に隙間を存して挿入されるように、第１連通口６４１_１よりも若干小径に形成されている。

弁軸６３を図４に示す左方のストローク端位置（左端位置）に移動させた状態では、第１弁体部６４ａが第１連通口６４１_１に挿入されて、第１連通口６４１_１の開度が最小になり、第２連通口６４１_２の開度は大きいが、第１連通口６４１_１と第２連通口６４１_２とのトータル開度である弁室６１４に対する第１ポート６１１の連通開度は最小になる。弁軸６３を左端位置から右方に移動させると、第１弁体部６４ａが第１連通口６４１_１から抜け出て、第１連通口６４１_１の開度が次第に増加するが、第２弁体部６４ｂにより第２連通口６４１_２の開度が次第に狭められる。また、弁軸６３を図５（ｂ）に示す右方のストローク端位置（右端位置）に移動させた状態では、第２連通口６４１_２の開度が最小になり、第１連通口６４１_１の開度は大きいが、弁室６１４に対する第１ポート６１１の連通開度は最小になる。そして、弁軸６３が図５（ａ）に示す中間位置に存する状態では、弁室６１４に対する第１ポート６１１の連通開度が最大になる。その結果、弁室６１４に対する第１ポート６１１の連通開度は図６のａ線で示す如く変化する。

また、弁室６１４の他端（図４で左端）には、第３ポート６１３に連通する副弁用連通口６５１を開設した弁座６５１ａが設けられており、この弁座６５１ａに対向するように副弁６５が弁軸６３に連結されている。尚、副弁６５は、その先端が弁軸６３に取付けた止輪６５３に当接するようにバネ６５４で付勢した状態で弁軸６３に外挿されている。また、副弁６５には、弁座６５１ａに副弁６５が着座した状態でも弁室６１４と第３ポート６１３とを連通するバイパス孔６５ａが形成されている。

図６のｂ線はバイパス比の変化を示している。弁軸６３が図４に示す左端位置から図５（ａ）に示す中間位置までのストローク範囲Ｓ１内に存するときは、副弁６５が弁座６５１ａに着座して、弁室６１４に対する第３ポート６１３の連通開度はバイパス孔６５ａにより規定される最小開度になり、バイパス比は比較的小さい第１の所定値Ｂ１に維持される。弁軸６３が中間位置から右方に移動すると、副弁６５が弁座６５１ａが離れて、弁室６１４に対する第３ポート６１３の連通開度が次第に増加し、バイパス比が漸増する。弁軸６３が中間位置から右方に所定距離移動すると、バイパス路５への通水量が副弁用連通口６５１で律速されなくなる全開位置に副弁６５が到達する。そして、弁軸６３がこの位置から図５（ｂ）に示す右端位までのストローク範囲Ｓ２内に存するときは、弁室６１４に対する第３ポート６１３の連通開度は全開開度（バイパス路５への通水量が副弁用連通口６５１で律速されなくなる開度）になり、バイパス比は比較的大きい第２の所定値Ｂ２に維持される。

ここで、ストローク範囲Ｓ１に対応するモータ６２の回転角度範囲を第１範囲、ストローク範囲Ｓ２に対応するモータ６２の回転角度範囲を第２範囲として、給湯設定温度が所定温度以上である場合は、モータ６２を第１範囲内で回転させるように制御し、給湯設定温度が所定温度よりも低い場合は、モータ６２を第２範囲内で回転させるように制御する。これにより、上記第１実施形態と同様の効果が得られる。

但し、第２実施形態では、主弁６４と副弁６５とを各別の弁体で構成する必要があるのに対し、第１実施形態では、主弁６４と副弁６５とを単一の弁体６６で構成して、構造の簡素化を図ることができ、コストダウンを図る上で有利である。

以上、本発明の実施形態について図面を参照して説明したが、本発明はこれに限定されない。例えば、水量調節弁６の弁筐６１の第１ポート６１１に給湯路４のバイパス路５合流部よりも下流部分４ａを接続すると共に、第２ポート６１２に給湯路４のバイパス路５合流部よりも上流部分４ｂを接続し、更に、第３ポート６１３にバイパス路５を接続して、弁室６１４により給湯路４のバイパス路５合流部を構成することも可能である。

１…バーナ、２…熱交換器、３…給水路、３ａ…給水路のバイパス路分岐部よりも上流部分、３ｂ…給水路のバイパス路分岐部よりも下流部分、４…給湯路、４ａ…給湯路のバイパス路合流部よりも下流部分、４ｂ…給湯路のバイパス路合流部よりも上流部分、５…バイパス路、６…水量調節弁、６１…弁筐、６１１…第１ポート、６１２…第２ポート、６１３…第３ポート、６１４…弁室、６２…モータ、６３…弁軸、６４…主弁、６４１…主弁用連通口、６４２…主弁用弁孔、６５…副弁、６５１…副弁用連通口、６５２…副弁用弁孔、６６…弁体。

Claims

バーナで加熱される熱交換器の上流側の給水路と下流側の給湯路とを熱交換器と並列に接続するバイパス路と、熱交換器とバイパス路とへの合計通水量を可変する電動式の水量調節弁とを備える給湯器であって、
水量調節弁の弁筐は、給水路のバイパス路分岐部よりも上流部分又は給湯路のバイパス路合流部よりも下流部分に接続される第１ポートと、給水路のバイパス路分岐部よりも下流部分又は給湯路のバイパス路合流部よりも上流部分に接続される第２ポートと、バイパス路に接続される第３ポートと、第１ポート、第２ポート及び第３ポートに連通し、給水路のバイパス路分岐部又は給湯路のバイパス路合流部を構成する弁室とを有し、
水量調節弁は、モータで駆動される弁軸と、弁軸に連結され弁室に対する第１ポートの連通開度を可変する主弁と、弁軸に連結され弁室に対する第３ポートの連通開度を可変する副弁とを備えるものにおいて、
主弁と副弁は、モータの回転角度が所定の第１範囲内であるときに、弁室に対する第３ポートの連通開度を、熱交換器とバイパス路とへの合計通水量に対するバイパス路への通水量の比であるバイパス比が第１の所定値となる開度に維持したままモータの回転に伴い弁室に対する第１ポートの連通開度を増減し、モータの回転角度が所定の第２範囲内であるときに、弁室に対する第３ポートの連通開度を、バイパス比が第１の所定値よりも大きな第２の所定値となる開度に維持したままモータの回転に伴い弁室に対する第１ポートの連通開度を増減するように構成され、
給湯設定温度が所定温度以上である場合は、モータを第１範囲内で回転させるように制御し、給湯設定温度が所定温度よりも低い場合は、モータを第２範囲内で回転させるように制御することを特徴とする給湯器。
前記弁室は円柱状に形成され、弁室の軸方向一端の開放端に前記第２ポートが連通し、弁室の軸方向一方の半部の周面の一部に、前記第１ポートに連通する主弁用連通口が設けられ、弁室の軸方向他方の半部の周面の一部に、前記第３ポートに連通する副弁用連通口が設けられ、弁室に、弁軸に連結された円筒状の弁体が回転自在に内挿され、弁体の軸方向一方の半部に、主弁用連通口に重なって弁室に対する第１ポートの連通開度を可変する主弁用弁孔が形成されると共に、弁体の軸方向他方の半部に、副弁用連通口に重なって弁室に対する第３ポートの連通開度を可変する副弁用弁孔が形成されて、弁体の軸方向一方の半部と他方の半部とで夫々前記主弁と前記副弁とが構成されることを特徴とする請求項１記載の給湯器。