JP7000190B2

JP7000190B2 - 温水供給装置

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Publication number: JP7000190B2
Application number: JP2018021761A
Authority: JP
Inventors: 悠二郎中島
Original assignee: Rinnai Corp
Current assignee: Rinnai Corp
Priority date: 2018-02-09
Filing date: 2018-02-09
Publication date: 2022-01-19
Anticipated expiration: 2038-02-09
Also published as: JP2019138540A

Description

本発明は、給水路を介して流入する冷水と、貯湯タンクに接続される出湯路を介して流入する熱水とを混合して所定の設定温度の温水とする混合弁を備え、この温水を混合弁の下流側の給湯路を介して補助熱源機等の給湯先に供給する温水供給装置に関する。

元来、この種の温水供給装置においては、混合弁の設定温度を給湯先の要求温水温度に等しく設定し、混合弁で設定温度、即ち、要求温水温度に混合された温水が給湯路を介して給湯先に供給されるようにしている。ところで、停電時の安全性を確保するには、要求温水温度が高くても、停電時に給湯先に高温の温水が供給されないようにすることが望まれる。

そこで、従来、特許文献１により、給水路と給湯路とを混合弁と並列に接続するバイパス路を設け、このバイパス路に常開型電磁弁から成るバイパス弁を介設した温水供給装置も知られている。このものでは、停電時にバイパス弁が開弁して、混合弁からの設定温度の温水に給水路からバイパス路を介して供給される冷水が混合し、給湯先に高温の温水が供給されることを防止できる。然し、常時は、バイパス弁を閉弁させるためにバイパス弁に通電しておく必要があり、消費電力が増加してしまう。

特開２００３－８３６１０号公報

本発明は、以上の点に鑑み、停電時に高温の温水が給湯先に供給されることを防止して、且つ、消費電力の増加を可及的に抑制できるようにした温水供給装置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、給水路を介して流入する冷水と、貯湯タンクに接続される出湯路を介して流入する熱水とを混合して所定の設定温度の温水とする混合弁を備え、この温水を混合弁の下流側の給湯路を介して給湯先に供給する温水供給装置において、出湯路と給湯路とを混合弁と並列に接続するバイパス路を備え、このバイパス路に常閉型電磁弁から成るバイパス弁が介設され、混合弁及びバイパス弁を制御する制御手段は、給湯先の要求温水温度が所定の基準温度以下のときは、バイパス弁を閉弁させて、混合弁の設定温度を要求温水温度に設定し、要求温水温度が基準温度を上回るときは、バイパス弁を開弁させて、混合弁の設定温度を、混合弁からの温水とバイパス路からの熱水との混合水の温度が要求温水温度になるように設定する制御を行うことを特徴とする。

本発明によれば、要求温水温度が基準温度を上回ると、混合弁からの温水とバイパス路からの熱水との混合水の温度が要求温水温度になるように、混合弁の設定温度が要求温水温度よりも低く設定される。そのため、要求温水温度が基準温度を上回る状態で停電しても、バイパス弁が閉弁して、混合弁から供給される要求温水温度より低い設定温度の温水が給湯先に供給されることになり、高温の温水が給湯先に供給されることを防止できる。また、要求温水温度が基準温度を上回るのは稀であって、通常はバイパス弁が非通電で閉弁されており、消費電力の増加を可及的に抑制できる。

尚、本発明において、要求温水温度が基準温度を上回るときの混合弁の設定温度の上限は基準温度であることが望ましい。これによれば、停電時に給湯先に供給される温水の温度が基準温度以下となり、安全性が一層向上する。

また、本発明において、混合弁は、給水路と出湯路の一方が接続される第１流入ポートと、給水路と出湯路の他方が接続される第２流入ポートと、給湯路が接続される流出ポートと、流出ポートに常時連通する弁室とを有する弁筐と、弁室に対する第１流入ポートの連通開度と第２流入ポートの連通開度とを一方の開度が増加するときに他方の開度が減少するように可変する弁筐内の弁体と、弁体を弁室に対する第２流入ポートの連通開度が減少する方向に弁室内の温水の温度に応じて変化する付勢力で付勢する感温部材と、弁体を弁室に対する第１流入ポートの連通開度が減少する方向に付勢するバイアスバネと、バイアスバネの付勢力を可変調節するモータとを備えるサーモバルブで構成されることが望ましい。これによれば、停電中に、貯湯タンクから供給される熱水の温度が変化しても、混合弁からの温水温度を設定温度に維持することができる。尚、第１流入ポートに給水路が接続される場合は、弁室内の温水の温度が高くなるほど感温部材の付勢力が強くなり、第１流入ポートに出湯路が接続される場合は、弁室内の温水の温度が高くなるほど感温部材の付勢力が弱くなるようにすればよい。

本発明の実施形態の温水供給装置の構成図。実施形態の温水供給装置に設けられる混合弁に組み込まれる弁座部材の斜視図。実施形態の温水供給装置に設けられる混合弁に組み込まれる弁体の斜視図。実施形態の温水供給装置で行う制御の内容を示すフロー図。

図１を参照して、本発明の実施形態の温水供給装置は、貯湯タンク１と、混合弁２と、給湯先たる補助熱源機３とを備えている。混合弁２は、給水路４を介して流入する冷水と、貯湯タンク１に接続される出湯路５を介して流入する熱水とを混合して所定の設定温度の温水とするものである。混合弁２からの温水は、混合弁２の下流側の給湯路６を介して補助熱源機３に供給される。

貯湯タンク１は、自然循環式の太陽熱温水器で用いられるものである。即ち、貯湯タンク１には、太陽熱を集熱する複数の集熱管１１が接続され、給水路４から分岐した分岐給水路４ａを介して供給される冷水がこれら集熱管１１で加熱されて対流し、貯湯タンク１の上部に熱水が溜まる。

補助熱源機３は、給湯路６に接続された熱交換器３１と、熱交換器３１を加熱するバーナ３２と、バーナ３２を制御するコントローラ３３とを備えている。熱交換器３１を通過した温水は、第２の給湯路６１を介して給湯栓等の給湯端末６２に供給される。コントローラ３３は、後述する湯切れ時に、第２の給湯路６１に設けた湯温センサ６３で検出される温水温度が図外のリモコンで設定される要求温水温度になるように、バーナ３２を制御する。湯切れ時以外では、給湯路６からの温水を、バーナ３２を燃焼させずに熱交換器３１を通過させて給湯端末６２に供給する。

また、本実施形態では、出湯路５と給湯路６とを混合弁２と並列に接続するバイパス路７を設けて、このバイパス路７に常閉型電磁弁から成るバイパス弁７１を介設している。混合弁２とバイパス弁７１は、補助熱源機３用のコントローラ３３と通信可能に接続された制御手段たるマイクロコンピュータから成るコントローラ８により制御される。給湯路６には、バイパス路７の合流部よりも上流側に位置する第１湯温センサ９１と、バイパス路７の合流部よりも下流側に位置する第２湯温センサ９２及び水量センサ９４とが設けられ、更に、出湯路５に第３湯温センサ９３が設けられている。これらセンサ９１～９４からの信号はコントローラ８に入力され、コントローラ８は、これら信号に基づいて混合弁２とバイパス弁７１を図４に示す如く制御する。以下、この制御について詳述する。

先ず、ＳＴＥＰ１で水量センサ９４により通水が検知されたか否か判別して、通水が検知されたときにＳＴＥＰ２に進み、補助熱源機３用のコントローラ３３から送信される要求温水温度が所定の基準温度（例えば、５０℃）以下か否かを判別する。そして、要求温水温度≦基準温度であれば、ＳＴＥＰ３でバイパス弁７１を閉弁状態に維持させて、ＳＴＥＰ４に進み、混合弁２の設定温度を要求温水温度に設定する。具体的には、第１湯温センサ９１の検出湯温Ｔ１が要求設定温度になるように、混合弁２の設定温度をフィードバック方式で可変設定する。

次に、ＳＴＥＰ５で第３湯温センサ９３の検出湯温Ｔ３が要求温水温度未満になったか否かを判別し、Ｔ３＜要求温水温度になったときは、ＳＴＥＰ９で湯切れと判断して、補助熱源機３での加熱を指示し、ＳＴＥＰ１０に進む。Ｔ３≧要求温水温度であれば、ＳＴＥＰ５からＳＴＥＰ１０に直接進む。ＳＴＥＰ１０では、通水が停止されたか否かを判別し、通水が停止されるまでは、ＳＴＥＰ２に戻ることを繰り返す。

ＳＴＥＰ２で要求温水温度＞基準温度と判別されたときは、ＳＴＥＰ６でバイパス弁７１を開弁させて、ＳＴＥＰ７に進み、混合弁２の設定温度を、混合弁２からの温水とバイパス路７からの熱水との混合水の温度が要求温水温度になるように設定する。具体的には、第２湯温センサ９２の検出湯温Ｔ２が要求温水温度になるように、混合弁２の設定温度をフィードバック方式で可変設定する。但し、混合弁２の設定温度の上限は基準温度とする。

次に、ＳＴＥＰ８で第２湯温センサ８２の検出湯温Ｔ２が要求温水温度未満になったか否かを判別し、Ｔ２＜要求温水温度になったときは、上述したＳＴＥＰ９に進む。尚、Ｔ２＜要求温水温度になるのは、Ｔ３＜要求温水温度になった場合と、Ｔ２を要求温水温度にするのに必要な混合弁２の設定温度が基準温度を上回る場合である。Ｔ２≧要求温水温度であれば、ＳＴＥＰ８から上述したＳＴＥＰ１０に直接進む。ＳＴＥＰ１０で通水停止と判別されたときは、ＳＴＥＰ１１でバイパス弁７１を閉弁（ＳＴＥＰ６でバイパス弁７１を開弁させた場合、それ以外は閉弁状態に維持）させた後にＳＴＥＰ１に戻る。

以上の制御によれば、要求温水温度が基準温度を上回ると、混合弁２からの温水とバイパス路７からの熱水との混合水の温度が要求温水温度になるように、混合弁２の設定温度が要求温水温度よりも低く設定される。そのため、要求温水温度が基準温度を上回る状態で停電しても、バイパス弁７１が閉弁して、混合弁２から供給される要求温水温度より低い設定温度の温水が給湯先たる補助熱源機３に供給されることになる。従って、停電時に高温の温水が補助熱源機３及び給湯端末６２に供給されることを防止でき、安全である。特に、本実施形態では、混合弁２の設定温度が基準温度を上回ることがないため、安全性が一層向上する。また、要求温水温度が基準温度を上回るのは稀であって、通常はバイパス弁７１が非通電で閉弁されており、消費電力の増加を可及的に抑制できる。

ところで、混合弁２は、電動アクチュエータにより駆動される弁体を有する電動式のものとしてもよいが、これでは、停電中は弁体の位置が変化せず、停電中に貯湯タンク１内の熱水の温度が太陽熱による加熱で変化した場合、混合弁２からの温水温度が設定温度からずれてしまう。

そこで、本実施形態では、混合弁２をサーモバルブで構成している。以下、この点について詳述する。混合弁２は、給水路４が接続される第１流入ポート２１１と、出湯路５が接続される第２流入ポート２１２と、給湯路６が接続される流出ポート２１３と、流出ポート２１３に常時連通する弁室２１４とを有する弁筐２１を備えている。弁筐２１内には、弁室２１４を囲う図２に示す筒状の弁座部材２１５が内嵌されている。弁座部材２１５の軸方向一方の半部（図１、図２の上半部）に、第１流入ポート２１１を弁室２１４に連通する第１弁口２１５ａを開設する共に、弁座部材２１５の軸方向他方の半部（図１、図２の下半部）に、第２流入ポート２１２を弁室２１４に連通する第２弁口２１５ｂを開設している。

また、混合弁２は、弁筐２１内の弁体２２を備えている。弁体２２は、図３に示す如く筒状であって、弁座部材２１５に摺動自在に内挿されている。弁体２２の軸方向中央部には、第１と第２の両弁口２１５ａ，２１５ｂ間の軸方向間隔よりも軸方向幅の広い開口２２ａが開設されている。そして、弁体２２が軸方向一方（図１の上方）に移動したとき、第１弁口２１５ａと開口２２ａとの重合開度、即ち、弁室２１４に対する第１流入ポート２１１の連通開度が増加すると共に、第２弁口２１５ｂと開口２２ａとの重合開度、即ち、弁室２１４に対する第２流入ポート２１２の連通開度が減少し、弁体２２が軸方向他方（図１の下方）に移動したとき、弁室２１４に対する第１流入ポート２１１の連通開度が減少すると共に第２流入ポート２１２の連通開度が増加するようにしている。

混合弁２は、更に、弁体２２を軸方向一方、即ち、弁室２１４に対する第２流入ポート２１２の連通開度が減少する方向に付勢する感温部材たる形状記憶合金製の感温バネ２３と、弁体２２を軸方向他方、即ち、弁室２１４に対する第１流入ポート２１１の連通開度が減少する方向に付勢するバイアスバネ２４とを備えている。感温バネ２３は、弁室２１４内に配置されており、第１流入ポート２１１からの冷水と第２流入ポート２１２からの熱水とが弁室２１４で混合されることにより得られる温水の温度が高くなるほど感温バネ２３の付勢力が強くなる。そして、感温バネ２３の付勢力とバイアスバネ２４の付勢力とが釣り合う位置、即ち、温水の温度がバイアスバネ２４の付勢力で規定される所定の設定温度になる位置に弁体２２が変位する。また、バイアスバネ２４の付勢力を可変調節するモータ２５を設けている。即ち、モータ２５により送りねじ機構を介して軸方向に動くロッド２５ａを設けて、このロッド２５ａにバイアスバネ２４のバネ受け２４ａを固定している。モータ２５は、コントローラ８により制御され、混合弁２の設定温度が上記の如く可変設定される。

このように混合弁２をサーモバルブで構成すれば、停電中に、貯湯タンク１から供給される熱水の温度が太陽熱による加熱で変化しても、この温度変化を相殺するように弁体２２が変位して、混合弁２からの温水温度を設定温度に維持することができる。

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、上記実施形態では、混合弁２の感温部材として形状記憶合金製の感温バネ２３を用いているが、感温部材として熱膨張するワックスを封入したワックスエレメントを用いてもよい。また、上記実施形態では、第１流入ポート２１１に給水路４、第２流入ポート２１２に出湯路５を接続しているが、第１流入ポート２１１に出湯路５、第２流入ポート２１２に給水路４を接続することも可能である。この場合は、感温部材として、弁室２１４内の温水の温度が高くなるほど付勢力が弱くなる形状記憶合金製の感温バネを用いる。また、上記実施形態の貯湯タンク１は、太陽熱温水器用のものであるが、ヒートポンプといった太陽熱以外の熱源で加熱された熱水を貯留するタンクであってもよい。更に、上記実施形態では、給湯先を補助熱源機３としているが、補助熱源機を省略して、給湯先を給湯端末とする温水供給装置にも同様に本発明を適用できる。

１…貯湯タンク、２…混合弁、２１…弁筐、２１１…第１流入ポート、２１２…第２流入ポート、２１３…流出ポート、２１４…弁室、２２…弁体、２３…感温バネ（感温部材）、２４…バイアスバネ、２５…モータ、３…補助熱源機（給湯先）、４…給水路、５…出湯路、６…給湯路、７…バイパス路、７１…バイパス弁、８…コントローラ（制御手段）。

Claims

給水路を介して流入する冷水と、貯湯タンクに接続される出湯路を介して流入する熱水とを混合して所定の設定温度の温水とする混合弁を備え、この温水を混合弁の下流側の給湯路を介して給湯先に供給する温水供給装置において、
出湯路と給湯路とを混合弁と並列に接続するバイパス路を備え、このバイパス路に常閉型電磁弁から成るバイパス弁が介設され、
混合弁及びバイパス弁を制御する制御手段は、給湯先の要求温水温度が所定の基準温度以下のときは、バイパス弁を閉弁させて、混合弁の設定温度を要求温水温度に設定し、要求温水温度が基準温度を上回るときは、バイパス弁を開弁させて、混合弁の設定温度を、混合弁からの温水とバイパス路からの熱水との混合水の温度が要求温水温度になるように設定する制御を行うことを特徴とする温水供給装置。
要求温水温度が基準温度を上回るときの混合弁の設定温度の上限は基準温度であることを特徴とする請求項１記載の温水供給装置。
混合弁は、給水路と出湯路の一方が接続される第１流入ポートと、給水路と出湯路の他方が接続される第２流入ポートと、給湯路が接続される流出ポートと、流出ポートに常時連通する弁室とを有する弁筐と、弁室に対する第１流入ポートの連通開度と第２流入ポートの連通開度とを一方の開度が増加するときに他方の開度が減少するように可変する弁筐内の弁体と、弁体を弁室に対する第２流入ポートの連通開度が減少する方向に弁室内の温水の温度に応じて変化する付勢力で付勢する感温部材と、弁体を弁室に対する第１流入ポートの連通開度が減少する方向に付勢するバイアスバネと、バイアスバネの付勢力を可変調節するモータとを備えるサーモバルブで構成され、第１流入ポートに給水路が接続される場合は、弁室内の温水の温度が高くなるほど感温部材の付勢力が強くなり、第１流入ポートに出湯路が接続される場合は、弁室内の温水の温度が高くなるほど感温部材の付勢力が弱くなることを特徴とする請求項１又は２記載の温水供給装置。