説明

混合分岐弁および貯湯式温水器

【課題】給湯タンクユニット1のコンパクト化を進める。
【解決手段】混合分岐弁は出湯管が連通する第1流入ポートと、前記給水バイパス管が連通する第2流入ポートと、混合された湯水を流出させる給湯流出ポートと湯張り流出ポートとが形成されたボディー部と、このボディー部内に形成され、前記第1、第2流入ポートと前記給湯流出ポートとを連通する給湯弁と、前記第1、第2流入ポートと前記湯張り流出ポートとを連通する湯張り弁とを設け、前記給湯弁を駆動して湯水の混合比を調整する給湯弁駆動手段と、前記湯張り弁を駆動して湯水の混合比を調整する湯張り弁駆動手段とを備えたものである。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
この発明は流体を混合する混合分岐弁およびこの混合分岐弁を用いて貯湯した湯水を給水と混合して給湯する貯湯式温水器に関するものである。
【背景技術】
【0002】
従来よりこの種の貯湯式温水器では、湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、貯湯タンクの下部に給水する給水管と、貯湯タンクの上部から出湯する出湯管と、貯湯タンクの中間部から出湯する中間出湯管と、給水管から分岐された給水バイパス管と、出湯管からの湯水と中間出湯管からの湯水と給水バイパス管からの水とを混合する混合弁とを備えた貯湯式温水器であって、この混合弁によって出湯管からの湯水と中間出湯管からの湯水を混合した給湯あるいは中間出湯管からの湯水と給水バイパス管からの水を混合した給湯を可能としたものだった。(例えば、特許文献1参照)
【特許文献1】特開2005−331175号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
ところが、この従来のものでは、給湯と風呂湯張りは同じ給湯管を使用しているので、風呂の湯張り中に給湯を使用する場合には風呂の温度が優先され使用者が好みの給湯温度を使用することはできなかった。
【課題を解決するための手段】
【0004】
この発明はこの点に着目し、上記欠点を解決する為、特にその構成を、湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの下部に給水する給水管と、前記貯湯タンクの上部から出湯する出湯管と、前記給水管から分岐され前記貯湯タンクをバイパスする給水バイパス管と、前記出湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの水とを混合する混合分岐弁を備えた貯湯式温水器であって、前記混合分岐弁は出湯管が連通する第1流入ポートと、前記給水バイパス管が連通する第2流入ポートと、混合された湯水を流出させる給湯流出ポートと湯張り流出ポートとが形成されたボディー部と、このボディー部内に形成され、前記第1、第2流入ポートと前記給湯流出ポートとを連通する給湯弁と、前記第1、第2流入ポートと前記湯張り流出ポートとを連通する湯張り弁とを設け、前記給湯弁を駆動して湯水の混合比を調整する給湯弁駆動手段と、前記湯張り弁を駆動して湯水の混合比を調整する湯張り弁駆動手段とを備えたものである。
【0005】
また、湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの下部に給水する給水管と、前記貯湯タンクの上部から出湯する出湯管と、前記貯湯タンクの中間部から出湯する中間出湯管と、前記給水管から分岐され前記貯湯タンクをバイパスする給水バイパス管と、前記出湯管または中間出湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの水とを混合する混合分岐弁を備えた貯湯式温水器であって、前記混合分岐弁は出湯管が連通する第1流入ポートと、前記給水バイパス管が連通する第2流入ポートと、前記中間出湯管が連通する第3流入ポートと、給湯温度に混合された湯水を流出させる給湯流出ポートと、風呂湯張り温度に混合された湯水を流出させる湯張り流出ポートとが形成されたボディー部と、このボディー部内に形成され、前記第1流入ポートを閉じて第2流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、又は、第2流入ポートを閉じて第1流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、前記給湯弁を駆動して湯水の混合比を調整する給湯弁駆動手段と、前記第1流入ポートを閉じて第2流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、又は、第2流入ポートを閉じて第1流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、前記湯張り弁を駆動して湯水の混合比を調整する湯張り弁駆動手段とを備えたものである。
【0006】
また、第1流入ポートと第2流入ポートと第3流入ポートと給湯流出ポートと湯張り流出ポートが形成されたボディー部と、このボディー部内に形成され、前記第1流入ポートを閉じて第2流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、又は、第2流入ポートを閉じて第1流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、前記給湯弁を駆動して湯水の混合比を調整する給湯弁駆動手段と、前記第1流入ポートを閉じて第2流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、又は、第2流入ポートを閉じて第1流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、前記湯張り弁を駆動して湯水の混合比を調整する湯張り弁駆動手段とを備えたものである。
【0007】
また、円筒状のボディー部を形成し、このボディー部内を2つの円板で中央室と2つの端室の3室に仕切ると共に、前記中央室内を更に3室に仕切り、第1流入ポート、第2流入ポート、第3流入ポートを形成し、前記2つの端室の一方に給湯流出ポートを、他方には湯張り流出ポートを形成し、前記円板は回動自在で且つ適宜大きさの連通穴を設け、前記2つの円板は回転軸によって給湯弁駆動手段と湯張り弁駆動手段にそれぞれ接続され、給湯弁駆動手段と湯張り弁駆動手段によって、湯水の混合比をそれぞれ調整するようにしたものである。
【発明の効果】
【0008】
この発明によれば、1つの混合分岐弁により別々の2つの設定温度の給湯と湯張りを同時に行うことができるため、制御の信頼性が向上すると共に給湯温度や湯張り温度を安定させることが非常に容易となる。
また給湯弁と湯張り弁の構造を円板形状にすることでボディー部との接触面積が小さくなり、よりスムーズな弁の駆動ができる様になり、ゴミ等の付着による故障を少なくすることができるようになる。
また湯水の混合後の部屋を円筒状に大きく設けることで湯水の混合が促進され給湯温度や湯張り温度の変動幅が少なくなるものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【0009】
次に、本発明の一実施形態を図1に基づいて説明する。
この貯湯式温水器は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、1は湯水を貯湯する貯湯タンク2を備えた貯湯タンクユニット、3は貯湯タンク内の湯水を加熱するヒートポンプユニット等の加熱手段、4は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、5は給湯設定温度を設定するためのリモコン、6は浴槽である。
【0010】
前記貯湯タンクユニット1の貯湯タンク2は、上端に出湯管7と、下端に給水管8とが接続され、さらに、下部にヒーポン循環回路9を構成するヒーポン往き管10と、上部にヒーポン循環回路9を構成するヒーポン戻り管11とが接続され、前記加熱手段3によってヒーポン往き管10から取り出した貯湯タンク2内の湯水を沸き上げてヒーポン戻り管11から貯湯タンク2内に戻して貯湯され、給水管8からの給水により貯湯タンク2内の湯水が押し上げられて貯湯タンク2内上部の高温水が出湯管7から押し出されて給湯されるものである。なお、12は給水管8に設けられ給水圧を所定値に減圧する減圧弁、13は給水管8に設けられ給水の温度を検出する給水温度センサ、14は出湯管7途中に設けられた貯湯タンク2の過圧を逃す過圧逃し弁である。
【0011】
前記加熱手段3は、圧縮機15と凝縮器としての冷媒−水熱交換器16と電子膨張弁17と強制空冷式の蒸発器18で構成されたヒートポンプ回路19と、貯湯タンク2内の湯水を前記ヒーポン往き管10およびヒーポン戻り管11を介して冷媒−水熱交換器16に循環させるヒーポン循環ポンプ20と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部21とを備えており、ヒートポンプ回路19内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約90℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。
【0012】
次に、22は前記浴槽6の湯水を加熱するためのステンレス製の蛇管よりなるふろ熱交換器で、このふろ熱交換器22にはふろ往き管23およびふろ循環ポンプ24を有したふろ戻り管25を備えたふろ循環回路26が接続されて浴槽6の湯水が循環可能にされ、浴槽6内の湯水が貯湯タンク2内の高温水により加熱されて保温あるいは追焚きが行われるものである。なお、27はふろ戻り管25を循環する浴槽6の湯水の温度を検出するふろ温度センサである。ふろの追焚き指令あるいは保温指令が出されるとふろ循環ポンプ24が駆動され、ふろ温度センサ27で所望の温度を検出するとふろ循環ポンプ24が停止されて運転が完了する。この時、ふろ熱交換器22の最上部より下方の湯水は浴槽水との熱交換で温度低下することとなる。
【0013】
次に、28は貯湯タンク2の中間位置に接続された中間出湯管で、前記ふろ熱交換器22でふろ側と熱交換して温度低下した中温水や湯と水の境界層付近で熱移動により温度低下あるいは温度上昇した中温水などの貯湯タンク2の中間位置に貯められている湯水を貯湯タンク2から出湯させるものである。
【0014】
次に、29は前記給水管8から分岐されて貯湯タンク2をバイパスする給水バイパス管、30は前記出湯管7からの湯水と前記中間出湯管28からの湯水と前記給水バイパス管29からの水とを混合する混合分岐弁、この混合分岐弁30の下流は給湯管31と湯張り管32が設けられ、前記給湯管31には給湯温度センサ33を備えている。34は前記湯張り管32に設けた湯張り温度センサ、35は風呂湯張りする湯水の量をカウントする湯張り流量カウンタである。
前記湯張り管32はふろ循環回路26に接続され、浴槽6への湯張りの開始/停止を行う湯張り弁36と、浴槽6への逆流を防止する逆止弁等の逆流防止手段37とが設けられている。
【0015】
次に、38は貯湯タンク2の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では5つの貯湯温度センサが配置され上から38a、38b、38c、38d、38eと呼び、この貯湯温度センサ38が検出する温度情報によって、貯湯タンク2内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク2内の上下方向の温度分布を検知するものである。
【0016】
39は貯湯タンクユニット1内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有した制御部である。この制御部39に前記リモコン5が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度およびふろ設定温度を設定できるようにしているものである。そして前記制御部39は、給湯時に給湯温度センサ33で検出される温度が設定温度になるように混合分岐弁30を制御したり、深夜に貯湯タンク2内の湯水が沸き上がるようにヒーポン制御部21に対して沸き上げ命令を指示したりするものである。
【0017】
次に、沸き上げ運転について説明すると、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ38が貯湯タンク2内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、制御部39はヒーポン制御部21に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部21は圧縮機15を起動した後にヒーポン循環ポンプ20を駆動開始し、貯湯タンク2下部に接続されたヒーポン往き管10から取り出した5〜20℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器16で70〜90℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク2上部に接続されたヒーポン戻り管11から貯湯タンク2内に戻し、貯湯タンク2の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ38が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、制御部39はヒーポン制御部21に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部21は圧縮機15を停止すると共にヒーポン循環ポンプ20も停止して沸き上げ動作を終了するものである。なお、貯湯タンク2内には上部に高温水、下部に低温水が貯められることとなるが、その温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことはないものである。
【0018】
次に、給湯運転について説明すると、給湯栓4を開くと、給水管8からの給水が貯湯タンク2内に流れ込む。そして貯湯タンク2内に存在する高温水が流体混合弁30へ押し出される。同時に給水バイパス管29からの給水も流体混合弁30へ流れ込み、設定温度に混合されて給湯されるものである。
【0019】
ここで、前記中間出湯管28によって中温水の供給を行わない場合の混合分岐弁30について図2〜図5に基づき詳細に説明する。
図2は混合分岐弁30の斜視図、図3は正面の断面図、図4は図3のA−A断面図、図5は右側面の断面図であり、40はこの混合分岐弁30のボディー部で、前記出湯管7に連通する第1流入ポート41と、前記給水バイパス管29に連通する第2流入ポート42と、前記給湯管31に連通する給湯流出ポート43と、湯張り管32と連通する湯張り流出ポート44とが形成され、第1、第2流入ポート41・42と給湯流出ポート43は給湯弁45にて連通され、この給湯弁45はステップモータから成る給湯弁駆動手段46にて湯水の混合比を調整して必要な温度の給湯を行うものである。また、第1、第2流入ポート41・42と湯張り流出ポート44は湯張り弁47にて連通され、この湯張り弁47はステップモータから成る湯張り弁駆動手段48にて湯水の混合比を調整して必要な温度の湯張りを行うものである。前記第1流入ポート41と第2流入ポート42は対向して設けられ、湯水の合流点に備えた給湯弁45と湯張り弁47の連通口49・50の開度により湯水の混合比がそれぞれ決まるものであり、給湯流出ポート43からは必要な給湯温度の湯が、湯張り流出ポート44からは必要な湯張り温度の湯が、それぞれ別々の温度で同時に供給することができるものである。
【0020】
前記ボディー部40内の前記第1、第2流入ポート41・42と流出ポート43・44とが連通する交点の位置には、前記流出ポート43・44と直角に円筒状の弁室51・52が設けられ、この弁室49・50内に弁体53・54が配置されているものである。この弁体53・54は流出ポート43・44側を開放した中空円筒形状で、周壁の一部を開口して前記連通口49・50が形成されている。
【0021】
前記弁駆動手段46・48は前記制御部39により制御されるもので、制御部39は前記貯湯温度センサ38の検出する温度に応じて給湯待機中の弁体45の待機角度を決定し、弁駆動手段47を駆動して決定された角度に弁体53・54を回動させて待機させる。
【0022】
次に、本発明の第2の実施形態を図6〜図7に基づいて説明する。なお、先の一実施形態と同じものは同一の記号を付してその説明を省略する。
図6は混合分岐弁30の正面の断面図、図7は図6のB−B断面図であり、55は前記中間出湯管28と接続する第3流入ポートで、図7で示すように前記弁体53・54を中心として第1流入ポート41、第3流入ポート55、第2流入ポート42が並んで設けられ、前記制御部39は、中間貯湯温度センサ56で検出する温度がリモコン5等で設定された設定温度よりも高い状態では、弁体53・54の連通口49・50が、給水バイパス管29に連通する第2流入ポート42と中間出湯管28に連通する第3流入ポート55の2つのポートの開口比を可変開いた角度で弁体53・54を待機させるよう弁駆動手段46・48を駆動して待機し、中間貯湯温度センサ56で検出する温度がリモコン5等で設定された設定温度以下の場合は、第3流入ポート55と出湯管7と連通する第1流入ポート41の2つのポートの開口比を可変開いた角度で弁体53・54を待機させるよう弁駆動手段46・48を駆動して待機するようにしている。
【0023】
そして、給湯や湯張りが開始されると、制御部39は給湯や湯張り中に給湯温度センサ33や湯張り温度センサ34がリモコン5等で設定された設定温度を検出するように弁駆動手段46・48をそれぞれの設定温度に応じて駆動して弁体53・54の回動角度を調節する。
【0024】
このように、貯湯タンク2の中間部の中温水を貯湯タンク2上部の高温水に優先して用いて2つの設定温度の給湯や湯張りを同時にすることが1つの混合分岐弁30により可能となり、貯湯式温水器の製品原価を低減させることができた。また、従来の混合弁を2つ直列に接続して制御するものでは流れの上流側の混合弁の開度を変更すると下流の混合弁の制御に影響するため、2つの混合弁を制御して給湯温度を安定させることが難しいものであったが、本発明では1つの混合分岐弁30により2つの設定温度の給湯と湯張りを同時に行うことができるため、制御の信頼性が向上すると共に給湯温度を安定させることが非常に容易となる。
【0025】
また、貯湯タンク2の中間部の温度に応じて、給湯待機状態での混合分岐弁30の待機位置を変えるようにしているので、給湯開始から設定温度に達するまでの到達時間が短縮されて給湯温度のアンダーシュートが減少し、給湯温度の立ち上がり性能が向上し、給湯使用感のより良い貯湯式温水器とすることができる。
【0026】
次に、本発明の第3の実施形態を図8〜図10に基づいて説明する。なお、先の一実施形態と同じものは同一の記号を付してその説明を省略する。
【0027】
図8は混合分岐弁30の正面の断面図、図9は図8のC−C断面図であり、図10は給湯弁45周囲の説明斜視図であり、この実施例ではボディー部40は円筒状に形成され、このボディー部40を回転自在の2つの円板57・58で中央室59と端室60・61で3室に仕切る。前記中央室59は仕切板62によって更に円筒の軸方向に3室に仕切られ、この3室にそれぞれ第1流入ポート41、第2流入ポート42、第3流入ポート55が形成されている。
【0028】
前記端室60・61の一方には給湯流出ポート43が、他方には湯張り流出ポート44が形成されている。また、前記円板57・58には連通口49・50が開口され、軸63・64にて前記駆動手段46・48と接続され、円板57・58の回動角度によって湯水の混合比を調整して、給湯温度と湯張り温度をそれぞれ制御するものである。
【0029】
この実施例によれば給湯弁45と湯張り弁47の構造を円板形状にすることでボディー部40との接触面積が小さくなり、よりスムーズな弁の駆動ができる様になり、ゴミ等の付着による故障を少なくすることができるようになる。
【0030】
また湯水の混合後の部屋を円筒状に大きく設けることで湯水の混合が促進され給湯温度や湯張り温度の変動幅が少なくなるものである。
【図面の簡単な説明】
【0031】
【図1】この発明の一実施例の概略構成図。
【図2】第1の実施例の混合分岐弁の斜視図。
【図3】同正面の断面図。
【図4】同図3のA−A断面図。
【図5】同右側面の断面図。
【図6】第2の実施例の混合分岐弁の正面の断面図。
【図7】同図6のB−B断面図。
【図8】第3の実施例の混合分岐弁の正面の断面図。
【図9】同図8のC−C断面図。
【図10】同給湯弁45周囲の説明斜視図。
【符号の説明】
【0032】
2 貯湯タンク
3 加熱手段
7 出湯管
8 給水管
28 中間出湯管
29 給水バイパス管
30 混合分岐弁
38 貯湯温度センサ
39 制御部
40 ボディー部
41 第1流入ポート
42 第2流入ポート
43 給湯流出ポート
44 湯張り流出ポート
45 給湯弁
46 給湯弁駆動手段
47 湯張り弁
48 湯張り弁駆動手段
55 第3流入ポート
56 中間貯湯温度センサ
59 中央室
60 端室
61 端室

【特許請求の範囲】
【請求項1】
湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの下部に給水する給水管と、前記貯湯タンクの上部から出湯する出湯管と、前記給水管から分岐され前記貯湯タンクをバイパスする給水バイパス管と、前記出湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの水とを混合する混合分岐弁を備えた貯湯式温水器であって、前記混合分岐弁は出湯管が連通する第1流入ポートと、前記給水バイパス管が連通する第2流入ポートと、混合された湯水を流出させる給湯流出ポートと湯張り流出ポートとが形成されたボディー部と、このボディー部内に形成され、前記第1、第2流入ポートと前記給湯流出ポートとを連通する給湯弁と、前記第1、第2流入ポートと前記湯張り流出ポートとを連通する湯張り弁とを設け、前記給湯弁を駆動して湯水の混合比を調整する給湯弁駆動手段と、前記湯張り弁を駆動して湯水の混合比を調整する湯張り弁駆動手段とを備えたことを特徴とする貯湯式温水器。
【請求項2】
湯水を貯湯する貯湯タンクと、この貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段と、前記貯湯タンクの下部に給水する給水管と、前記貯湯タンクの上部から出湯する出湯管と、前記貯湯タンクの中間部から出湯する中間出湯管と、前記給水管から分岐され前記貯湯タンクをバイパスする給水バイパス管と、前記出湯管または中間出湯管からの湯水と前記給水バイパス管からの水とを混合する混合分岐弁を備えた貯湯式温水器であって、前記混合分岐弁は出湯管が連通する第1流入ポートと、前記給水バイパス管が連通する第2流入ポートと、前記中間出湯管が連通する第3流入ポートと、給湯温度に混合された湯水を流出させる給湯流出ポートと、風呂湯張り温度に混合された湯水を流出させる湯張り流出ポートとが形成されたボディー部と、このボディー部内に形成され、前記第1流入ポートを閉じて第2流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、又は、第2流入ポートを閉じて第1流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、前記給湯弁を駆動して湯水の混合比を調整する給湯弁駆動手段と、前記第1流入ポートを閉じて第2流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、又は、第2流入ポートを閉じて第1流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、前記湯張り弁を駆動して湯水の混合比を調整する湯張り弁駆動手段とを備えたことを特徴とする貯湯式温水器。
【請求項3】
第1流入ポートと第2流入ポートと第3流入ポートと給湯流出ポートと湯張り流出ポートが形成されたボディー部と、このボディー部内に形成され、前記第1流入ポートを閉じて第2流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、又は、第2流入ポートを閉じて第1流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、前記給湯弁を駆動して湯水の混合比を調整する給湯弁駆動手段と、前記第1流入ポートを閉じて第2流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、又は、第2流入ポートを閉じて第1流入ポートと第3流入ポートの開口比を可変し、前記湯張り弁を駆動して湯水の混合比を調整する湯張り弁駆動手段とを備えたことを特徴とする混合分岐弁。
【請求項4】
円筒状のボディー部を形成し、このボディー部内を2つの円板で中央室と2つの端室の3室に仕切ると共に、前記中央室内を更に3室に仕切り、第1流入ポート、第2流入ポート、第3流入ポートを形成し、前記2つの端室の一方に給湯流出ポートを、他方には湯張り流出ポートを形成し、前記円板は回動自在で且つ適宜大きさの連通穴を設け、前記2つの円板は回転軸によって給湯弁駆動手段と湯張り弁駆動手段にそれぞれ接続され、給湯弁駆動手段と湯張り弁駆動手段によって、湯水の混合比をそれぞれ調整することを特徴とする混合分岐弁。

【図1】
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【図2】
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【図3】
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【図4】
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【図5】
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【図6】
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【図7】
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【図8】
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【図9】
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【図10】
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【公開番号】特開2008−281260(P2008−281260A)
【公開日】平成20年11月20日(2008.11.20)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−124786(P2007−124786)
【出願日】平成19年5月9日(2007.5.9)
【出願人】(000000538)株式会社コロナ (753)
【Fターム(参考)】