JPH11108447A - バイパスミキシング式給湯器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 出湯温制御に影響を与えずにドレン発生や沸
騰を防止する。 【解決手段】 バイパス管１１と出湯管５との連絡通路
１２の上流には、第一弁座１３と第一弁体１４とが設け
られ、第一弁体１４の第一弁軸１５は、内胴出口温度に
応じて荷重を変化させる形状記憶合金バネ１７と、反対
側に配置されたコイルバネ１９とのバランスでストロー
クが決定される。一方、連絡通路１２の下流には、第二
弁座２０と第二弁体２１とが設けられ、第二弁体２１の
第二弁軸２２は、ミキシング後の出湯温度に応じて荷重
を変化させる形状記憶合金バネ２４と、反対側に配置さ
れたコイルバネ２６とのバランスでストロークが決定さ
れる。この２つの弁の開度によりバイパス比率を調整し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、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し、熱
交換器で加熱された湯にバイパス管からの水を混合する
バイパスミキシング式給湯器に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記バイパスミキシング式給湯器におい
ては、例えば特開平６−２８８６３２号公報に開示の如
く、バイパス管に電磁弁を設けたり、或は水モータを設
けたりして、これらをバーナコントローラで開閉制御又
は駆動制御し、バイパス管からの水の流量（給湯器に入
る全流量に対するバイパス比率）を変更して、熱交換器
の内胴出口から出湯される湯の温度（以下「内胴出口温
度」という）を、熱交換器にドレンの発生や沸騰を起こ
させない所望の温度範囲に調整可能としていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記電磁弁や水モータ
を用いた場合、これらの開閉制御や駆動制御を行うため
に、入水温度と設定温度とによって熱交換器の内胴出口
温度を演算し、その演算値に基づいて電磁弁等を制御す
る制御回路を、前記バーナコントローラに別途設ける必
要が生じるため、器具全体のコストアップに繋がってし
まう。又、特に電磁弁では、バイパス比率が常に一定で
あるため、ドレン発生や沸騰の防止に対応できる領域が
狭く、充分なバイパス管の活用ができていない。一方、
出願人は、出湯管とバイパス管との接続部分に、バイパ
ス管からの水量を制御可能な制御弁を設け、この制御弁
を、内胴出口側やバイパス管側に配置した形状記憶合金
バネ等の熱応動部材に直接連動させて、内胴出口温度や
入水温に応じて制御弁を開閉制御し、ドレン発生や沸騰
を防止できるバイパス比率の設定を可能とする発明を既
に提供している。しかしここでは、上記ドレン発生や沸
騰の防止のみを目的としてバイパス比率を変化させてい
るため、例えばバイパス比率の変化範囲が出湯温度全域
に亘ると、ミキシング後の湯の温度が常に変化すること
となり、この変化がバーナへのガス比例弁による出湯温
制御に影響を与え、出湯温度が不安定となる虞れがあ
る。

【０００４】そこで、請求項１に記載の発明は、上記熱
応動部材を利用してバイパス比率を変化させるものにお
いて、器具本来の出湯温制御になるべく影響を与えず
に、ドレン発生や沸騰の防止を可能とするバイパスミキ
シング式給湯器を提供することを目的としたものであ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、請求項１に記載の発明は、前記出湯管における前記
バイパス管からの水出口の上流側に、前記水出口の上流
側の出湯管内の湯の温度に応じて動作する熱応動部材
を、前記水出口の下流側に、前記混合後の湯の温度に応
じて動作する熱応動部材を夫々設け、前記制御弁の弁体
を前記各熱応動部材の動作に直接連動させて、前記制御
弁の開閉制御を行うようにしたことを特徴とするもので
ある。又、請求項２に記載の発明は、請求項１の目的を
より効果的に達成するために、前記バイパス比率を、前
記下流側の熱応動部材の応動により所望の温度で切替変
化させ、それ以上の温度では一定値に固定させたもので
ある。又、請求項３に記載の発明は、請求項２の目的に
加えて、前記バイパス比率の切替変化の際一時的に出湯
温制御へ影響を与える虞れがあることから、常用温度範
囲でこの影響を生じさせないために、前記バイパス比率
を切替変化させるタイミングを、常用温度範囲以外で得
るようにしたものである。又、請求項４に記載の発明
は、請求項２又は３の目的に加えて、前記制御弁の応答
性を確保するために、前記一定値に固定させるバイパス
比率は０％以外としたものである。尚、本発明でいう常
用温度範囲とは、使用頻度が高く、ユーザーが湯を直接
手で触れやすい出湯温度範囲を指し、通常は約４８℃以
下と考えられる。

【０００６】

【発明の実施の形態】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、バイパスミキシング式給
湯器の概略を示すもので、バイパスミキシング式給湯器
１は、上水道に接続される給水管２と、給水管２から導
かれる水をガスバーナ３により加熱する熱交換器４と、
その熱交換器４で加熱された湯を送り出す出湯管５とを
備えている。又、給水管２には、水量を検出する水量セ
ンサ６と、入水温度を検出する入水温度センサ７とが、
出湯管５には、出湯温度を検出する出湯温度センサ８が
夫々設けられて、これらはバーナコントローラ９に接続
されている。このバーナコントローラ９は、水量センサ
６や入水温度センサ７及び、出湯温度センサ８から入力
される検出信号に基づいて、所望の出湯温度が得られる
ようにガスバーナ３へのガス流路に設けられたガス比例
弁１０を制御するものである。そして、給水管２と出湯
管５との間には、熱交換器４をバイパスするバイパス管
１１が接続され、このバイパス管１１と出湯管５との接
続部分に形成される連絡通路１２には、以下に詳述する
如く、２つの制御弁が設けられている。

【０００７】まず、連絡通路１２におけるバイパス管１
１との接続部分には、第一弁座１３と、その第一弁座１
３を開閉する第一弁体１４とが設けられる。この第一弁
体１４は、出湯管５と連絡通路１２とを直交状に貫通し
てバイパス管１１内に突出する第一弁軸１５に固定さ
れ、第一弁軸１５の左端に固着されたバネ受１６には、
出湯管５の横壁に他端を係止される熱応動部材としての
形状記憶合金バネ１７の一端が係止し、右端に固着され
たバネ受１８には、バイパス管１１内に他端を係止され
る普通のコイルバネ１９の一端が係止している。よっ
て、ここでは、上流側に位置する形状記憶合金バネ１７
が、内胴出口温度に応じて荷重を変化させて、第一弁軸
１５をバイパス管１１側へ移動させる付勢力を生じさ
せ、これと抗するコイルバネ１９とのバランスで第一弁
軸１５のストロークを決定している。一方、連絡通路１
２における出湯管５との接続部分には、水出口となる第
二弁座２０と、その第二弁座２０を開閉する第二弁体２
１とが設けられる。この第二弁体２１は、連絡通路１２
の終端を出湯管５と平行に貫通して出湯管５内に突出す
る第二弁軸２２に固定され、第二弁軸２２の下端に固着
されたバネ受２３には、出湯管５内に他端を係止される
熱応動部材としての形状記憶合金バネ２４の一端が係止
し、上端に固着されたバネ受２５には、出湯管５内に他
端を係止される普通のコイルバネ２６の一端が係止して
いる。よって、ここでは、下流側に位置する形状記憶合
金バネ２４が、ミキシング後の出湯温度に応じて荷重を
変化させて、第二弁軸２２を上方へ移動させる付勢力を
生じさせ、これと抗するコイルバネ２６とのバランスで
第二弁軸２２のストロークを決定している。

【０００８】こうして第一弁軸１５、第二弁軸２２のス
トロークにより、第一弁座１３、第二弁座２０に対する
第一弁体１４、第二弁体２１の位置を移動させて、給湯
器内に入る全流量Ｑ_O に対するバイパス管１１から出湯
管５に入る水の流量Ｑ₁ の比、即ちバイパス比率Ｑ₁ ／
Ｑ_O を調整可能となっているが、ここでは、内胴出口側
の第一弁体１４等が連絡通路１２の上流に、ミキシング
後側の第二弁体２１等が下流に位置するため、主に下流
の第二弁体２１の動作によりバイパス比率が左右され、
上流の第一弁体１４の動作は補助的に作用するものとな
る。

【０００９】一方、バイパス比率は、熱交換器４にドレ
ンを発生させず、又沸騰させない温度範囲で内胴出口温
度を維持するために設定される。図２のグラフは、出湯
温度と内胴出口温度との所定の範囲を維持するためのバ
イパス比率の限界値を、入水温５℃（一点鎖線）と３０
℃（二点鎖線）の場合で夫々バイパス比率５０％と１０
％のラインで示したもので、出湯温度３８℃〜７０℃の
範囲と、内胴出口温度４７℃〜８５℃の範囲との重複領
域内でバイパス比率が移行するように設定すれば良いこ
とになる。但し、ここでは、内胴出口側の補助的な形状
記憶合金バネ１７を利用して、内胴出口温度５０℃〜７
０℃の間で、５０％から１０％に徐々に変化させるよう
に設定した上で（点線ａ及びａ´）、ミキシング後側の
主の形状記憶合金バネ２４を利用して、出湯温度４８℃
付近で、第一弁体１４の状態にかかわりなくバイパス比
率を１０％に移行させるようにしている（実線ｂ及びｂ
´）。

【００１０】このように上記形態によれば、ドレン発生
と沸騰の防止を満足させることができるのは勿論、所望
のタイミング（出湯温度４８℃）でバイパス比率を１０
％に固定したことで、点線ａ及びａ´のように、バイパ
ス比率の変化範囲が出湯温度３８℃〜７０℃の略全域に
亘ることを回避し、半分以上（４８℃以上）はバーナコ
ントローラ９の出湯温制御に影響を与えないようにバイ
パス比率を固定して、出湯温度の安定性をなるべく損な
わないようにすることができる。特にここでは、バイパ
ス比率を切替変化させるタイミングとして、出湯温度４
８℃を選択しているが、これは、使用される頻度が高
く、又ユーザーが直接湯を手で触れて使用しやすい出湯
温度範囲（常用温度範囲）が３８℃から４８℃付近まで
で、この間でバイパス比率を固定化に伴って急激に変化
させると、その変化自体が出湯温制御に影響を与える虞
れがあることから、まずこの範囲を避けることを前提と
した上で、バイパス比率の固定を、より広い温度範囲で
得ることができるように、常用温度範囲の上限である４
８℃としたものである。又、ここで固定するバイパス比
率を１０％としたのは、０％と閉弁してしまうと、弁体
の張り付きや、確実に閉弁させるための閉弁後の締り代
の確保によって生じるヒステリシスにより、開弁時に弁
体の作動に遅れが生じて応答性が悪くなる虞れがあるこ
とから、常に水が流れる開弁状態として、弁体の応答性
を確保したものである。

【００１１】一方、上記形態では、２つの制御弁の各弁
体を夫々形状記憶合金バネとコイルバネとのバランスで
開閉制御するものであるが、１つの制御弁でも同様にバ
イパス比率の制御は可能である。即ち、図３のように、
出湯管５内において、バイパス管１１からの水出口に形
成された弁座２７を開閉可能な弁体２８を、出湯管５に
沿って設けた弁軸２９に固定すると共に、弁軸２９の上
側に固着したバネ受３０には、弁座２７の上流側に他端
を係止した形状記憶合金バネ３１の一端を、下側に固着
したバネ受３２には、弁座２７の下流側に他端を係止し
た形状記憶合金バネ３３の一端を夫々係止したものであ
る。よって、この形態においては、内胴出口温度によっ
て荷重を変化させる形状記憶合金バネ３１と、ミキシン
グ後の出湯温度によって荷重を変化させる形状記憶合金
バネ３３とのバランスにより弁軸２９のストロークが変
化し、弁体２８による弁座２７の開度、即ちバイパス比
率が決定するものとなるが、ここでもバイパス比率の変
化態様は、上記形態の図２におけるものと同様に設定す
ることができ、得られる効果も変わらない。但し、制御
弁の構成が半分で済むことから、部品が少なく構造も簡
単になり、コスト面で優れたものとなる。

【００１２】尚、先の形態では、第一弁座１３と第二弁
座２０とを連絡通路１２において直列に配置し、バイパ
ス比率の調整に利用している。この形態の方が、ミキシ
ング後の出湯温度で応動する第二弁体２１をメインとし
て適正なバイパス比率の移行態様を得ることができ、好
ましいが、本発明の趣旨を逸脱するものでなければ、両
弁体を夫々別個の連絡通路で並列に配置して、夫々の弁
体の開度の合計で上記バイパス比率の調整を図るように
しても良い。その他、先の形態においては、同じ直列で
も２つの弁軸を直線上に配置して構成したり、両形態に
おいては、熱応動部材として、サーモワックスを内蔵し
たシリンダを用いて、そのピストンを弁軸と連動させる
ものとしたりする等、適宜設計変更可能で、制御弁の具
体的な構造や配置も上記形態に限定されない。

【００１３】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、熱応動
部材を利用して熱交換器でのドレン発生と沸騰との防止
を簡単且つ効果的に行うことができるのは勿論、特に、
ミキシング後の出湯温度も目安にしてバイパス比率を変
化させるようにしたことで、バーナコントローラによる
出湯温制御に影響を与えないタイミングを選択してバイ
パス比率を変化させて、器具本来の出湯温度の安定性を
できるだけ損なわないようにすることができる。又、請
求項２に記載の発明によれば、前記バイパス比率を、前
記下流側の熱応動部材の応動により所望の温度で切替変
化させ、それ以上の温度では一定値に固定させたこと
で、前記請求項１における出湯温度の安定を効果的に実
現することができる。又、請求項３に記載の発明によれ
ば、請求項２の効果に加えて、前記バイパス比率を切替
変化させるタイミングを、常用温度範囲以外で得るよう
にしたことで、バイパス比率の切替変化の際に伴う一時
的な出湯温制御への影響を常用温度範囲で生じさせず、
使い勝手を損なわないようにすることができる。又、請
求項４に記載の発明によれば、請求項２又は３の効果に
加えて、前記一定値に固定させるバイパス比率を０％以
外としたことで、前記制御弁の応答性を確保することが
できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】バイパスミキシング式給湯器の概略図である。

【図２】出湯温度と内胴出口温度との関係によるバイパ
ス比率の限界値を示すグラフである。

【図３】バイパスミキシング式給湯器の他の変更例の概
略図である。

【符号の説明】

１・・バイパスミキシング式給湯器、２・・給水管、３
・・ガスバーナ、４・・熱交換器、５・・出湯管、９・
・バーナコントローラ、１１・・バイパス管、１２・・
連絡通路、１３・・第一弁座、１４・・第一弁体、１５
・・第一弁軸、１７，２４・・形状記憶合金バネ、１
９，２６・・コイルバネ、２０・・第二弁座、２１・・
第二弁体、２２・・第二弁軸。

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ガスバーナを備えた熱交換器と、その熱
   交換器へ水を供給する給水管と、前記熱交換器で加熱さ
   れた湯を送り出す出湯管とを備える一方、前記給水管と
   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、その接続部分に、前記バイパス管
   からの水の流量を制御可能な制御弁を設け、前記制御弁
   の開閉制御により得られる所望のバイパス比率で、前記
   出湯管の湯に前記バイパス管の水を混合するバイパスミ
   キシング式給湯器であって、 前記出湯管における前記バイパス管からの水出口の上流
   側に、前記水出口の上流側の出湯管内の湯の温度に応じ
   て動作する熱応動部材を、前記水出口の下流側に、前記
   混合後の湯の温度に応じて動作する熱応動部材を夫々設
   け、前記制御弁の弁体を前記各熱応動部材の動作に直接
   連動させて、前記制御弁の開閉制御を行うようにしたこ
   とを特徴とするバイパスミキシング式給湯器。
2. 【請求項２】 前記バイパス比率を、前記下流側の熱応
   動部材の応動により所望の温度で切替変化させ、それ以
   上の温度では一定値に固定させた請求項１に記載のバイ
   パスミキシング式給湯器。
3. 【請求項３】 前記バイパス比率を切替変化させるタイ
   ミングを、常用温度範囲以外で得るようにした請求項２
   に記載のバイパスミキシング式給湯器。
4. 【請求項４】 前記一定値に固定させるバイパス比率は
   ０％以外とした請求項２又は３に記載のバイパスミキシ
   ング式給湯器。