JPS5918260Y2 - 温水供給装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は温水温度を検知して自動的に０Ｎ−ＯＦＦ制御
されるバーナ等の熱源を備えた比較的に貯湯量の小さな
瞬間型湯沸器による温度供給装置に関し、熱源の断続作
動時の供給温水の温度テ゛イファレンシャルをＯまたは
それに近くなし、給湯あるいは暖房性能を向上させ、ま
た安全な温水供給装置を提供しようとするものである。

一般にボイラーの温水温度を検知して自動的に０Ｎ−Ｏ
ＦＦ制御されるバーナを備えた比較的に貯湯量の小さな
瞬間型湯沸器を温水供給源とする温水供給装置において
は、ある流量以上の温水を供給するとボイラー内の温度
が上がらないため、温度検知子であるサーモスタットが
閉じてバーナは連続燃焼をするが、ある流量以下の温水
供給時にはボイラー内の温水温度が上昇し、バーナは断
続燃焼をする。

上記バーナの連続燃焼と断続燃焼の境界流量を臨界流量
とすると、供給温水温水の特性は臨界流量の上下におい
て全く異なったものとなる。

すなわち第３図および第４図は供給温度の温度と時間の
関係および供給温水の温度と流量の関係を示し、流量が
臨界流量Ｘをこえた領域においてはバーナが連続燃焼し
、供給温水の温度特性はＡのように比較的低い温度でか
つ安定している。

一方、流量が臨界流量Ｘ以下の領域においてはバーナが
断続燃焼し、供給温水の温度特性はＢのように比較的に
高い温度でかつ、時間的に正弦波的な変化サイクルをも
つ。

そしてこの温度特性Ｂは供給温水の温度に高低差を有し
、すなわち温度差Ｊθをもつ供給温水ディファレンシャ
ルを有する。

以上のように貯湯量の小さい瞬間型湯沸器においては供
給温水の臨界流量の上下領域において２つの代表的な供
給温水の温度特性を有する。

そして臨界流量の下方領域における供給温水の温度特性
は大貯湯量のボイラーに比較してディファレンシャルＡ
θが大きく、通常２０〜３０℃になると、ｌθの温度差
の１サイクルが約３分（第５図参照）ときわめて短い。

ところで上記供給温水の温度ディファレンシャルＪθは
ボイラーの貯湯量、給水口、罐水温度制御用サーモスタ
ットの特性（設定温度およびディファレンシャル）と取
付位置等によって決定される。

たとえばサーモスタットのディファレンシャルを極度に
小さくすると供給温水の温度テ゛イファレンシャルｌθ
も小さくできるが、あまり小さくするとサーモスタット
の温度検知に誤動作が生じるおそれがある。

また、それだけバーナの起動がひんばんになりすぎ、制
御系の接点トラブルや起動過度による部品の耐久性の劣
化があり、サーモスタットのディファレンシャルを小さ
くするだけではボイラーの寿命を短くシ、総合的には好
ましくなく、したがって通常は供給温水の温度ディファ
レンシャルの１サイクルが約３分程度にならざるを得な
い設計となっている。

かかる特性は従来の貯湯量の小さな瞬間型湯沸器にみら
れる給湯性能であって、通常の風呂への落とし込み給湯
時には比較的トラブルになることは少ないが、シャワー
等に利用する場合には問題がある。

すなわち、シャワー条件は給湯温度４０℃±２０℃、給
湯流量６〜１２１７ｍ１ｎの条件を満たすことが望まし
いわけで、これに対し給湯温度ディファレンシャルＪθ
が２０〜３０℃もあっては混合水栓を使用しても１０〜
１５℃の温度変化があり、シャワー使用時の体感限度±
２２℃をこえ、かつ、温度変化サイクル時間が３分程度
と短いため、１５５分程シャワーを使うとすると、あつ
くなったり、ぬるくなったりして不快感をひんばんに感
じることになる。

たとえばサーモスタットが通常に設定されているとして
、貯湯量１５１、出力２６０００ Ｋｃａｌ／ ｈ ｃ
７）瞬間型ボイラーの場合、常温で１０１７ｍ１ｎが臨
界流量に相当し、１０１ ／ｍｉｎ以上の給湯時には連
続燃焼時の供給温水温度特性を示し、１０１ ／ｍｉｎ
以下の給湯時にはＪθが２０〜３０℃の断続燃焼時の供
給温水温度特性となる。

そして５ ｌ ／ｍｉｎ給湯時には第５図で示すように
正弦波形に最も近い温水温度特性Ｂを示す。

本考案は前記バーナの断続燃焼時の供給温水の温度特性
が交流波形的な変化を示すことに着目し、これを第５図
Ｃに示すような直流的な変化のない特性にしようとする
ものである。

すなわち、第５図の供給温水温度特性Ｂに対し、これよ
りも÷周期遅れた供給温水温度特性Ｂ′を加え、前述の
温度変化が直線的な特性Ｃを得ることができる装置を提
供するものである。

以下本考案を給湯装置に実施した例を第１図および第２
図を参照して説明する。

第１図において１は貯湯量の小さな瞬間型ボイラーであ
り、給水口２を介して給水され、サーモスタット３によ
って０Ｎ−ＯＦＦ制御されるたとえばガンタイプバーナ
（図示せず）によって加熱されるようになっている。

上記ボイラー１の給湯口４よりは温水供給器５を介して
蛇口６に給湯するようになっている。

前記温水供給器５は第２図に示すように内胴７外に、こ
の内胴７とは容積の異なる外筒８を設けた２重構造をし
ており、内胴７のボイラー１側には内、外胴７，８内を
導通する分流用の孔９と、その下流の内胴には、内、外
胴７，８内を導通する混合用の孔１０を設け、前記内胴
７内を第１の流路１１となし、外胴８内を第２の流路１
２としている。

そして第１の流路１１には貯湯量ＱＡを、また第２の流
路１２には貯湯量ＱＢをもたせている。

なお第１の流路１１には縮流部１３を設けである。

５ａは第２の流路１２、即ち、容量の大きい流路内に配
した対流防止用機構で、具体的には、流路１２内壁面に
複数個のリング状の突片（突壁）５ｂを配することによ
り形成し、この機構５ａの存在により、流路１２内を流
れる温水に流動抵抗を与え、温水の対流作用を阻止する
。

令弟１の流路１１と第２の流路１２の貯湯量の差、すな
わち容量差をＱＢ−ＱＡ−ＱＢ−４とし、ＱＢ−Ａを次
のように設定する。

すなわち第１図、第２図および第５図において、給湯口
４での給湯量が５１ ／ｍｉｎ時にバーナ断続燃焼時の
供給温水温度特性の１サイクル時間（バーナのＯＮ時間
とＯＦＦ時間を加えた時間）が３分であったとすると、
第１の流路１１に縮流部１３を設けて、第１．第２の流
路１１．１２の流路抵抗を同じにして第１の流路１１に
２．５ ｌ ／ｍｉｎ、第２の流路１２に２．５１ ／
ｍｉｎが流れるように分流したとすれば、第１の流路１
１と第２の流路１２の１サイクルの温度特性に変化はな
い。

なおこの実施例では縮流部１３を設けて第１゜第２の流
路１１，１２内に流入する温水量を決定したが、他の板
体等で行っても良い。

したがって第２図の分流岐点イ位置と合流岐点口位置の
供給温水温度特性は波形的に同じで、且つ周期ずれがな
いので第５図Ｂの温度特性の波形のようになり、これで
は大きな温度テ゛イファレンシャルがでてしまう。

そこで本実施例ではＱＢをＱＡより大きくして、第１．
第２の流路１１，１２を通る温水の周期を２分１サイク
ルずらして、ディファレンシャルを打ち消そうとするも
のである。

そのためにＱＢ−ＡＱＢ−Ａ＝２．５１ ／ｍ１ｎＸ＋
サイクル時間＋−３，７５１とすれば、第２の流路１２
の出ロバ位置での温水温度特性の波形は第５図において
破線Ｂ′で示されるように÷サイクルに相当する分だけ
温度特性Ｂの波形より周期が遅れたものとなる。

この温度特性Ｂの波形と温度特性Ｂ′の波形を重ね合わ
せると、第２図の流路１１と第２の流路１２の流量は同
一にしているので、温度特性Ｃで示されるように直線化
し、すなわち温水温度が一定となる。

すなわち混合用の孔１０の部分において供給温水の温度
テ゛イファレンシャルノθはＯに調整される。

そして蛇口６からは温度変化のない温水を得ることがで
きる。

ところが、大なる容量の流路１２内で、対流作用によっ
て温水が混合され、１サイクルの温水温度の波形がくず
れる場合がある。

この波形がくずれると、回路１１内を流れる温水の温度
は形とのバランスがくずれ、ｌθ−〇となる特性Ｃを得
られない。

そこで、大なる容量の流路１２に対流作用が生じない様
に、対流防止用機構５ａを階段状に設けることによって
、対流作用の発生を防止し、初期の波形の形をくずさず
、両流路１１．１２のバランスを保つことにより、ｊθ
＝０を的確に得ることができる。

Ｄはスパイラル状のものであっても良い。なお、機構５
ａを構成する突片５ｂとしては、第２図のように単にリ
ング状を威すもの以外に、スパイラル状としても良いし
、その他対流の発生を阻止できる構成であれば良い。

上記の説明は本考案装置の給湯装置に適用した実施例に
ついて述べたが、本考案の暖房の場合にも同様にディフ
ァレンシャルのない温水を供給し、安定した暖房を得る
ことができる。

すなわち暖房装置においてボイラーの出力以下の暖房負
荷がかかつている場合、ボイラーの湯温か上昇し、バー
ナは断続燃焼する。

そして断続燃焼時の供給温水温度特性は第７図のＢで示
すようにテ゛イファレンシャルｌθをもつ正弦波形とな
る。

なお第７図中のＢ″は温水の戻り温度特性であり、温度
は下がっているが前記特性Ｂと同期したディファレンシ
ャルをもつ温度特性となる。

なお、断続燃焼時の供給温水温度特性における１サイク
ル当りの時間は第８図に示すように暖房負荷がボイラー
出力の÷の場合に最短となる。

すなわち第８図においてＢ１は１サイクルにおけるバー
ナＯＦＦ時の時間−暖房負荷特性、Ｂ２は１サイクルに
おけるバーナＯＮ時の時間−暖房負荷特性であり、両特
性の時間を加えると実線のＢ３の特性となる。

そしてＹ点がボイラー出力相当時の暖房負荷であること
から、時間的には÷ボイラー出力点Ｙ′が最も短いこと
になる。

これらのことから第７図に示すｉθのテ゛イファレンシ
ャルをもつ断続燃焼時の供給温水温度特性に土層期すら
れた供給温水温度特性をつくりだし、両特性の供給温水
を混合することによりテ゛イファレンシャルＯの温水と
してこれを循環させることができる。

第６図は上記本考案を実施した暖房装置の一例を示し、
図において１４はボイラーで゛あり、サーモスタット１
５によって０Ｎ−ＯＦＦ制御されるたとえばガンタイプ
バーナ（図示せず）によって加熱されるようになってい
る。

上記ボイラー１４の温水は温水出口１６から循環ポンプ
１７を介して前述第２図に示す第１の流路と第２の流路
をもつ温水供給器１８、暖房往き回路１９を通り、放熱
器２０を介して暖房返り回路２１を経てボイラー１４の
温水返り口２２に戻るようになっている。

前記ボイラー１４には給水口２３からジスターン２４お
よび給水管２５を介して水が供給され、ボイラー１４の
膨張水は膨張管２６を介してジスターン２４にもどされ
、またジスターン２４には溢水を処理するオーバーフロ
ー管２７を設けである。

上記構成において前述の給湯装置の場合と同様に温水供
給器１８の第１の流路と第２の流路に貯湯量差をもたせ
、システム循環量を１０ ｌ ／ｍｉｎとした場合、バ
ーナの断続燃焼時の供給温水温度特性の１サイクル時間
を４分とし、第１゜の流路と第２の流路にそれぞれ５
ｌ ／ｍｉｎづつ流すとし、さらに両回路の貯湯量差を
５ ｌ ／ｍｉｎｘ４ｍｉｎｘ４＝１０ ｌとしてＩサ
イクル相当流量にして÷周期遅れた供給温水温度特性を
得ることができ、これを本来の断続燃焼時の供給温水温
度特性に重ね合わせることにより、ディファレンシャル
ｄθ＝０とする温水となし、これを循環して常に安定し
た暖房を行わせることができるものである。

本考案装置は上記給湯および暖房の温水の温度ディファ
レンシャルｌθを０とする以外に出湯時の安全性を高め
る上からも効果を有する。

すなわち一般の瞬間型湯沸器は高出力・小貯湯量の湯沸
器であるため、湯沸器内の罐水の上昇速度が大きく、毎
分３Ｑ ｄｅｇになるものが多い。

このような湯沸器においてはバーナを制御するためのサ
ーモスタットの設定温度を７０℃前後に設定すると、サ
ーモスタットの罐水温度検出が湯沸器罐水温度の上昇速
度に追従できないことや、サーモスタット作動後の罐体
の燃焼室内側の滞留高温ガスの燃焼室壁面を通しての伝
熱遅れによって罐水温度が上昇し、沸騰状態に近づくこ
とがある。

一方、サーモスタットの設定温度を低くすると、出湯後
の落ち込み温度が低くなりすぎるという欠点がある。

第９図は前記温度特性を示し、特性曲線Ｅで示す一般の
瞬間型ボイラーの出湯温度特性は沸き上がり時の温度（
出湯開始温度）ａ点より時間が経過するにつれてｂ点の
ように温度が落ち込む。

このことはたとえば一旦風呂を使用し浴槽内のお湯がぬ
るくなったときに温水を加えて浴槽内のお湯の温度を上
げる場合、落ち込み温度が低いと浴槽内の温度を再び上
昇させることが困難となり、浴槽への給湯の実際の使用
時に再びお湯があつくならないという欠点がある。

また沸上り時の沸騰を防止し、かつ落ち込み温度が低く
ならないようにサーモスタット温度を６０℃程度とし、
さらに給水・給湯配管の配置を置慮しても、出湯開始時
には９０℃前後の高温のお湯が出てくるという欠点があ
り、やけどなどの危険がともなう。

これに対し本考案は第１図および第２図の構成において
ボイラー１内に９０℃のお湯が沸き上、かったとしても
、第１の流路１１および第２の流路１２内の温水がボイ
ラー１内の罐水と対流により上昇しないように、たとえ
ば給湯口４の分岐部の径を小さくしておくことにより、
第１の流路１１および第２の流路１２内の温水が４０℃
前後にしか上昇しないようにしておけば、給湯口４より
９０℃のお湯か出はじめても第１の流路１１および第２
の流路１２内の４０℃前後の温水と混合されて第９図Ｃ
の温度特性のように５０℃前後からなだらかに温水温度
を上昇させていくことができ、落ち込みのないそして安
全な出湯が得られる。

なお第９図における温度特性Ｃにおいて、上昇中に一旦
温度が降下しているのは第１の流路１１と第２の流路１
２の容量差によって混合遅れが生じるためである。

本考案装置は以上の構成ならびに動作によりつぎのよう
な効果を有する。

（１）大貯湯量のボイラーでなくても、貯湯量の小さな
比例制御なしの０Ｎ−ＯＦＦバーナの瞬間型ボイラーに
、わずか３１程度の温水供給装置を給湯出口に取りつけ
るだけで、断続燃焼時の供給温水温度特性に高低差のデ
ィファレンシャルのない安定さをもたせることができる
。

（２）給湯時の温度ディファレンシャルをＯとしうるの
で、シャワー使用時に不快感を生じさせない。

（３）暖房回路の給湯口に設けた場合、暖房往き温度に
変化がなく、均一であり、対流式のファンコンベクター
では温風温度に変化がなくなり、高級な暖房ができると
同時に、フロアヒーティングに使用すると温度変化が床
面に生じないので、むらのない均一な暖房効果が倍増さ
れる。

（４）給湯または暖房配管に温水温度差による繰り返し
熱応力が加わらないので配管材の繰り返し熱応力による
破損を防止できる。

（５）温水供給装置がわずか３１程度と小型のため、温
水供給装置を含むボイラーは大貯湯量のボイラーに比較
してはるかにコスト的メリットを有する。

（６）出湯開始時の高温出湯の防止と給湯時の温度の落
ち込みを防止できるので、安全性を高め、かつ浴槽時に
使用する場合の再加熱用給湯時の加熱がスムーズである
。

（７）温水供給器が二重筒から構成されているので、前
記温水供給器がコンパクトとなり、かつ簡単な構成であ
るため取付が容易であるとともに、内胴部の伝熱面を通
して温水が熱交換されるので、熱交換によりｌθは小さ
くなるという効果を有する。

（８）大なる容量をもつ流路に、対流防止用機構を組込
んだので、大なる容量をもつ流路内における対流作用に
よる波形のくずれがなく、初期の波形の形をくずすこと
がなく、両流路の波形を順調に保つことができ、ｊθ−
〇とするに極めて有効である。

なお、容量の小さい方の流路に対流防止用機構を併せて
配することも考えられるが、容量の小さい流路において
は、対流作用が生じ難く、その作用防止の必要は実用上
ない。

なお、前述の実施例においては一罐式ボイラの場合につ
いてのみ説明したが、２罐式ボイラーで給湯用熱交換器
を内蔵するタイプにおいても、本考案装置を組み込めば
同等の効果が得られることは云うまでもない。

また、ボイラー熱源はガス、灯油、電気等のいずれでも
よい。

また給湯出口を２分流以上に細分化して分流すれば、一
層広範囲で供給温水の温度ディファレンシャルｊθ＝０
とした性能を出すことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案を実施した給湯装置の構成図、第２図は
同温水供給装置の断面図、第３図および第４図は瞬間型
ボイラーの供給温水温度特性図、第５図は同供給温水温
度特性の詳細説明図、第６図は本考案を実施した暖房装
置の構成図、第７図は暖房時の温水温度特性図、第８図
は０Ｎ−ＯＦＦサイクル−暖房負荷特性図、第９図は出
湯温度特性図である。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ボイラーの熱源が温水の設定温度において０ＮＯＦＦ制
   御される貯湯量の小さな瞬間型湯沸器の温水供給源とし
   、この温水供給源がらの温水の供給路に温水供給器を接
   続し、上記温水供給器は内胴外に、この内胴とは容積の
   異なる外胴を設けた二重筒で構成され、前記内胴の上記
   温水供給源には内、外胴内を導通するとともに、これら
   の内。 外胴内の一方を流れる温水を他方に分流する分流用の孔
   、この孔の下流の内胴には内、外胴内を導通するととも
   に、これらの内、外胴内の一方を流れる温水を他方に混
   合する混合用の孔をそれぞれ形威し、この温水供給器に
   入った温水を上記分流用の孔で内、外胴に分流するとと
   もに、上記混合用の孔で混合する構成とするとともに、
   これらの内、外胴のうち大なる容量の流路に、対流防止
   用の突壁を設けてなる温水供給装置。