給湯器

【目的】給湯器の出湯特性を向上する。
【構成】ミキシングタイプの給湯器において、所定圧力差以上で閉弁するチャッキ弁１０を設けた循環用配管９により給水管２と給湯管４とを連通し、給湯停止時に給湯管内の湯温が所定温度以下に下がったときにヒータ２１を作動させて循環回路２０内の水を自然循環加熱する。

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、冷水と高温湯とを混合して設定温度の給湯を行なうミキシングタイプの給湯器に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来から、給湯器の出湯特性、特に給湯停止から短時間で再び給湯開始するといった間欠使用時の出湯特性を向上させるために、図５に示すような、冷水と高温湯とを混合して出湯するミキシングタイプの給湯器ａが用いられている。この給湯器ａでは、入水温，入水量に応じてバーナｂの燃焼量を調整して熱交換器ｃの出口から高温湯を給湯管ｄに送り出し、給水管ｅから分岐したミキシング管ｆから導いた冷水と給湯管ｄの高温湯とを湯水混合装置ｇで混合し、混合湯温が設定温度になるように混合比をフィードバック制御している。即ち、設定温度の湯を熱交換器でダイレクトに作るのでなく、熱交換器で加熱された設定温度よりも高い高温湯と冷水とを混合するのである。従って、間欠使用時では、出湯開始直前に配管内（給湯管，熱交換器）に溜まっていた湯が設定温度よりも高い状態にあるため、湯温制御により出湯開始時期の出湯特性、つまり図４に示すような設定温に対する偏差Ｄを小さくすることができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、こうしたミキシングタイプの給湯器においても、良好な出湯特性を有する期間は、放熱の関係から給湯停止からほんの４，５分程度である。また、実際には、配管内に溜まっている湯の温度分布の不均衡による冷水サンドイッチ現象が起きてしまい出湯開始の湯温が不安定となる場合が多い。しかも、給湯停止からある程度時間が経過した場合には、設定温になるまでの立ち上がり時間が長くなってしまう。これらの結果、従来の給湯器はユーザーにとってあまり使い勝手が良いものではなかった。本発明は上記課題を解決し、出湯特性を向上して使い勝手の良い給湯器を提供することを目的とする。
【０００４】
【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため本発明の第１の給湯器は、バーナにより加熱される熱交換器と、上記熱交換器に水を送る給水管と、上記熱交換器の下流側に設けられる給湯管と、上記給水管から分岐して設けられるミキシング管と、上記ミキシング管を経由して送られる水と上記給湯管から送られる湯とを混合して設定温度の出湯を行なう湯水混合装置とを備えた給湯器において、上記給水管のミキシング管分岐部の下流側と、上記給湯管の湯水混合装置の上流側とを連通する循環用配管と、上記循環用配管に設けられ、その配管内の差圧が所定圧を超える場合に流路を閉じるチャッキ弁と、上記給水管，熱交換器，給湯管，循環用配管からなる閉回路の任意の位置に設けられるヒータと、上記閉回路内の温度を検出する温度検出手段と、上記検出した温度の低下に基づいて上記ヒータを作動させるヒータ制御手段とを備えたことを要旨とする。
【０００５】また、本発明の第２の給湯器は、第１の給湯器のチャッキ弁に代えて、上記ヒータが作動するときに上記循環用配管の流路を開く制御弁を備えたことを要旨とする。
【０００６】
【作用】上記構成を有する本発明の第１の給湯器においては、給水管と給湯管とが循環用配管により連通されるが、給湯中では循環用配管内の差圧によりチャッキ弁が閉じるため、給水管からの水は循環用配管を通過できず熱交換器とミキシング管とに送られ、熱交換器で加熱された湯とミキシング管からの冷水とを湯水混合装置で混合して設定温度になるように出湯する。
【０００７】給湯停止時においては、循環用配管内の圧力差が無いためチャッキ弁が開いて給水管，熱交換器，給湯管，循環用配管からなる閉回路が構成され、この閉回路内の温度の低下に基づいてヒータにより閉回路内の湯（水も含む）を加熱する。つまり、温度検出手段により検出した閉回路内の温度が低い場合には、ヒータ制御手段によりヒータを作動させて閉回路内の湯を加熱する。この加熱により、閉回路内で湯が自然循環する。この場合、自然循環する湯の流れは緩やかであるため、チャッキ弁は閉じない。こうして、自然循環によりヒータ部分だけでなく閉回路内全体にわたって湯が加熱され、しかも、その温度分布はなだらかとなる。
【０００８】また、この閉回路内では湯が循環加熱されるものの、その自然循環のために閉回路より上流側の給水管への熱移動が少なく、給水管上流側やミキシング管内の水はあまり高温にならない。従って、出湯が再開された時の温度特性が良好となる。つまり、出湯開始時には水流に対して燃焼の応答遅れが生じるが、この遅れに対応した管路内温度分布が得られ、湯温の早い立ち上がりと沸騰防止が図られ、安定した出湯特性が得られる。
【０００９】一方、本発明の第２の給湯器においては、チャッキ弁に代えて、ヒータが作動するときに循環用配管の流路を開く制御弁が設けられているため、給湯中および給湯後の閉回路内の温度が高い場合には循環用配管の流路が閉じている。そして、閉回路内の湯温低下により制御弁が開き、第１発明と同様に閉回路内で湯が自然循環して上述したような安定した出湯特性が得られる。
【００１０】
【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明確にするために、以下本発明の給湯器の好適な実施例について説明する。図１は、一実施例としての給湯器１の概略構成図である。給湯器１は、上水道に接続される給水管２と、給水管２により導かれた冷水をバーナ３０での燃焼熱で加熱する熱交換器３と、熱交換器３で加熱された湯を送り出す給湯管４と、給水管２から分岐して設けられ途中に逆止弁５を有するミキシング管６と、ミキシング管６からの冷水と給湯管４からの湯とを混合して設定温度になるように混合比を制御する湯水混合装置７と、混合された設定温の湯を図示しない外部配管に導く出湯管８とを備える。湯水混合装置７は、サーモワックスを用いて混合比を自動調整するサーモミキシングバルブや、混合湯温を検出するサーミスタ（図示略）の出力に応じて水側の弁開度あるいは湯水両方の弁開度をモータ等で調整するものであってもよい。
【００１１】更に、給水管２のミキシング管６分岐部下流側と、給湯管４の湯水混合装置７の僅かに上流側とを連通する循環用配管９が設けられる。この循環用配管９の途中には、図２に示すチャッキ弁１０が設けられる。このチャッキ弁１０は、給湯中のように給湯側に対して給水側の圧力が高い時に閉じる流量制御弁で、弁軸受１１に摺動可能に挿通された弁軸１２の先端に設けられる弁体１３が、圧力差によりバネ１４の付勢に反して図面左側に移動することで弁シート１５に当接し、循環用配管９の流路を閉じるよう構成される。このバネ１４の強さ（弁体１３を図面右側に押す力）は、給湯中に弁体１３が弁シート１５に確実に当接して流路を閉じるよう、かなり弱く設定されている。以下、給水管２，熱交換器３，給湯管４，循環用配管９により構成される閉回路を循環回路２０と呼ぶ。
【００１２】また、循環用配管９と熱交換器３との間の給湯管４にはヒータ２１が装着され、更にその上流側に給湯管４内の湯温を検出するためのサーミスタ２２が設けられる。このヒータ２１は、ヒータ制御回路２３に接続されサーミスタ２２により検出した湯温に応じて駆動される。
【００１３】次に、給湯器１の動作について説明する。給湯中においては、循環用配管９のチャッキ弁１０が閉じるため、図３（Ａ）の矢印に示すように、給水管２→熱交換器３→給湯管４→湯水混合装置７という流路と、給水管２→ミキシング管６→湯水混合装置７という流路の２つの流路に別れ、熱交換器３で加熱された高温湯とミキシング管６からの冷水とが湯水混合装置７で混合されて出湯管８に送られる。この場合、バーナ３０の燃焼量は、熱交換器３への入水温と入水量とに基づいて（これらは図示しないセンサにより検出される）、熱交換器３の出口温度が一定温度の高温湯となるように比例制御弁３１（図１参照）の制御により調整される。そして、この高温湯とミキシング管６からの冷水とを湯水混合装置７で混合し、その混合湯温が予め設定された湯温になるように混合比がフィードバック制御される。
【００１４】給湯停止時においては、循環用配管９内の圧力差が無くなりチャッキ弁１０が開いた状態になる。そして、サーミスタ２２により給湯管４の湯温を検出して、放熱により湯温が第１基準温度（本実施例では６５℃）まで低下したときヒータ２１を駆動する。このため、図３（Ｂ）に示すように、ヒータ２１により給湯管４内で加熱された湯は上昇して熱交換器３に移動すると同時に、この移動に伴って給水管２Ａ側（循環用配管９分岐部より下流側の給水管２）の水は循環用配管９に引き込まれるように移動する。つまり、給湯管４→熱交換器３→給水管２Ａ→循環用配管９→給湯４管→……と循環回路２０を自然循環するのである。この場合、水の流れはかなり弱いため、循環用配管９に設けられたチャッキ弁１０は図２に示すように開状態を維持して、自然循環を妨げない。
【００１５】このような自然循環により、循環回路２０内の湯温は高温に維持され、しかもその温度分布はなだらかになる。また、上流側の給水管２（以下必要に応じて、循環用配管９とミキシング管６との間の給水管を２Ｂ、その上流側を２Ｃと呼ぶ）への熱移動を小さく抑えることができる。例えば、図３（Ｂ）に示すように、循環回路２０を構成する給水管２Ａの水温を６０℃にまで昇げた場合でも（給湯管４は７５℃）、給水管２Ｂ，２Ｃの水温を４０℃，３０℃に抑えることができる。
【００１６】このことは、燃焼開始時での湯温の安定と沸騰防止とを可能にすることを意味する。つまり、蛇口（図示略）が開かれて燃焼が開始されたとき、燃焼制御および熱交換器３の伝熱の応答性の遅れから、給水管２Ａに溜まっていた水は熱交換器３を通過しても本来の熱量だけ加熱されないが、給水管２Ｂ，２Ｃに溜まっていた水では熱交換器３を通過するときには上流側ほど充分加熱される。従って、給水管２Ａの水を高温に、給水管２Ｂ，２Ｃの水を低温にしておくことで、応答遅れに対応した水の温度分布が得られ、熱交換器３での沸騰やサンドイッチ現象が防止され出湯温度を安定させることができる。
【００１７】更に、この自然循環によりミキシング管６内の水を低温に維持できること、および、給湯管４の循環用配管９接続部から湯水混合装置７までの距離が短いためこの部分でも循環湯と同様に高温に維持できることから、高温湯と冷水とを即混合することができ出湯特性が改善される。尚、ヒータ２１による加熱は、サーミスタ２２により湯温７５℃（第２基準温度）を検出したときに停止し、その後放熱により第１基準温度（６５℃）にまで低下した時に再開する。
【００１８】以上の動作は、運転スイッチ（図示略）がオンしている場合に行なわれるもので、当然凍結防止としての機能も働く。そこで、運転スイッチをオフにした場合にも凍結防止機能を持たせるために、図１の破線で示すサーミスタ２４（燃焼量を制御するための入水温度センサ）を用いて、検知温度が例えば３℃以下に低下したときにヒータ２１をオンし、６℃まで上昇したときにオフするといった構成にしてもよい。従って、凍結防止ヒータやサーモスタットを別に設ける必要がなくなる。しかも、循環用配管９により閉回路内の水が自然循環するため、効率良く暖めることができる。
【００１９】以上説明した本実施例の給湯器１では、チャッキ弁１０により給湯停止時の自然循環を可能にしているが、このチャッキ弁１０に代えて水電磁弁等を用いてもよい。つまり、ヒータ駆動時にのみ水電磁弁を開くようにし、上述した循環回路２０内で循環加熱するのである。尚、水電磁弁の開弁期間は、ヒータ駆動期間と完全に一致させる必要はなく、ヒータ駆動後所定時間経過後に開くようにしてもよい。
【００２０】以上本発明の実施例について説明したが、本発明はこうした実施例に何等限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で様々な態様で実施し得ることは勿論である。
【００２１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の給湯器によれば、閉回路内で湯が循環加熱され、しかも、その温度分布が燃焼加熱の応答遅れに対応したものとなるため非常に出湯特性が向上するという優れた効果を奏する。こうして、設定温度までの立上がり時間の短縮，間欠使用時の出湯温度の安定を図ることができ、使用者にとって非常に使い勝手の良いものとなる。また、自然循環による保温のため、循環ポンプが不要となる。更に、ヒータによる循環加熱を凍結防止として働かせることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】一実施例としての給湯器の概略構成図である。
【図２】チャッキ弁の概略断面図である。
【図３】給湯器内の水の流れを表す説明図である。
【図４】間欠使用時の出湯温度の変化を表すグラフである。
【図５】従来の給湯器の概略構成図である。
【符号の説明】
１…給湯器，２…給水管，３…熱交換器，４…出湯管，６…ミキシング管，７…湯水混合装置，９…循環用配管，１０…チャッキ弁，２０…循環回路，２１…ヒータ，２２…サーミスタ，２３…ヒータ制御回路，３０…バーナ。

【特許請求の範囲】
【請求項１】バーナにより加熱される熱交換器と、上記熱交換器に水を送る給水管と、上記熱交換器の下流側に設けられる給湯管と、上記給水管から分岐して設けられるミキシング管と、上記ミキシング管を経由して送られる水と上記給湯管から送られる湯とを混合して設定温度の出湯を行なう湯水混合装置とを備えた給湯器において、上記給水管のミキシング管分岐部の下流側と、上記給湯管の湯水混合装置の上流側とを連通する循環用配管と、上記循環用配管に設けられ、その配管内の差圧が所定圧を超える場合に流路を閉じるチャッキ弁と、上記給水管，熱交換器，給湯管，循環用配管からなる閉回路の任意の位置に設けられるヒータと、上記閉回路内の温度を検出する温度検出手段と、上記検出した温度の低下に基づいて上記ヒータを作動させるヒータ制御手段とを備えたことを特徴とする給湯器。
【請求項２】バーナにより加熱される熱交換器と、上記熱交換器に水を送る給水管と、上記熱交換器の下流側に設けられる給湯管と、上記給水管から分岐して設けられるミキシング管と、上記ミキシング管を経由して送られる水と上記給湯管から送られる湯とを混合して設定温度の出湯を行なう湯水混合装置とを備えた給湯器において、上記給水管のミキシング管分岐部の下流側と、上記給湯管の湯水混合装置の上流側とを連通する循環用配管と、上記給水管，熱交換器，給湯管，循環用配管からなる閉回路の任意の位置に設けられるヒータと、上記閉回路内の温度を検出する温度検出手段と、上記検出した温度の低下に基づいて上記ヒータを作動させるヒータ制御手段と、上記ヒータが作動するときに上記循環用配管の流路を開く制御弁とを備えたことを特徴とする給湯器。

【図１】