給湯装置

【課題】大型化することがなく、流路切替を確実に行える流路切替手段を備えた給湯装置を提供することができる。
【解決手段】湯水を貯える貯湯槽１と、前記貯湯槽１内の湯水を加熱する加熱手段２と、前記加熱手段２により加熱された湯水を前記貯湯槽１の上部または下部のいずれかへ送る流路切替手段１００とを備え、前記流路切替手段１００は、前記流路切替手段１００の内面上を複数の部位で摺動する略円柱状の開閉弁２９と、前記開閉弁２９の一端を支持する形状記憶バネ３０と、前記開閉弁２９の他端を支持する戻しバネ３１とから構成したことにより、流路切替手段１００が大型化することなく、加熱手段２で加熱された湯水の温度に応じた流路の切替動作が確実に長期間行える。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、貯湯式の給湯装置に関し、流路を切替るための流路切替手段を有した給湯装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、この種の給湯装置は、湯水を貯える貯湯槽と、貯湯槽内の湯水を加熱する加熱手段と、加熱手段により加熱された湯水を貯湯槽の上部または下部へ送る流路切替手段とを備え、流路切替手段として形状記憶バネと閉止弁を用いている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
図１１は、特許文献１に記載された従来の給湯装置の流路切替手段の断面図である。この流路切替手段は、左ボディ２６と右ボディ２７で構成され、接合部分にはＯリング２８でシールされている。
【０００４】
そして、ヒートポンプ戻り管（図示せず）が接続されるヒートポンプ戻り口１８、タンク下戻り配管（図示せず）が接続されるタンク下戻り口２０、タンク上戻り配管（図示せず）が接続されるタンク上戻り口２１の３つの開放口を有して流路を形成している。
【０００５】
右ボディ２７には、軸受け２９が設けられており、軸受け２９の中に作動軸３０が内挿され、図１１の紙面に向かって左右方向にスライドするように取り付けられている。作動軸３０は、閉止弁としてパッキンＡ３１およびパッキンＢ３２を有しており、作動軸３０が左右にスライドして動くことで、パッキンＡ３１でタンク上戻り口２１に連通する流路を塞ぎ、パッキンＢ３２でタンク下戻り口２０に連通する流路を塞ぐ構成となっている。
【０００６】
作動軸３０には支持具４０を備えており、支持具４０と左ボディ２６、支持具４０と右ボディ２７とをバネ３４で連結する構成となっている。
【０００７】
そして支持具４０と左ボディ２６とは形状記憶バネ３３で連結されており、支持具４０と右ボディ２７とはバネ３４で連結されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１０−２５３６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、従来の構成では、切換動作の動きは、切換弁４０の作動軸３０の外径と、蓋部２７の軸受け２９の内面を軸方向に摺動する一箇所だけで動作を安定させる構成としているので、切換弁４０の作動軸３０の外径と、蓋部２７の軸受け２９の内面を軸方向の摺動により磨耗が集中し、長期使用時によりガタツキが生じると、方持ち構成による不安定感から、切換弁４０のパッキンＡ、Ｂが傾き閉止できないので、スムーズな切替動作ができないという課題を有していた。
【００１０】
また、前記従来の給湯装置の流路切替手段においては、支持具４０と左ボディ２６の内壁との間に水が流れる流路を設ける必要であるため、左ボディ２６および右ボディ２７の外径が大きくなり、流路切替手段が大型化するという課題を有していた。
【００１１】
本発明は、従来の課題を解決するもので、大型化することがなく、流路切替を確実に行える流路切替手段を備えた給湯装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
前記従来の課題を解決するために、本発明の給湯装置は、湯水を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽内の湯水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱された湯水を前記貯湯槽の上部または下部のいずれかへ送る流路切替手段とを備え、前記流路切替手段は、前記流路切替手段の内面上を複数の摺動面で摺動する略円柱状の開閉弁と、前記開閉弁の一端を支持する形状記憶バネと、前記開閉弁の他端を支持する戻しバネとから構成されるものである。
【００１３】
これによって、大型化することがなく、流路切替を確実に長時間行えると共に、流路切替時に電力を消費することがない流路切替手段を備えた給湯装置を実現することができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、大型化することがなく、流路切替を確実に行える流路切替手段を備えた給湯装置を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施の形態１における給湯装置の概略構成図
【図２】同実施の形態における流路切替手段の断面図
【図３】同実施の形態における流路切替手段の断面図
【図４】同実施の形態における開閉弁の側面図
【図５】同実施の形態における開閉弁の正面図
【図６】同実施の形態における流路切替手段の横断面図
【図７】同実施の形態における流路切替手段の断面図
【図８】同実施の形態における開閉弁の側面図
【図９】同実施の形態における開閉弁の正面図
【図１０】同実施の形態における流路切替手段の横断面図
【図１１】従来の給湯装置における流路切替手段の断面図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
第１の発明の給湯装置は、湯水を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽内の湯水を加熱する加熱手段と、前記加熱手段により加熱された湯水を前記貯湯槽の上部または下部のいずれかへ送る流路切替手段とを備え、前記流路切替手段は、前記流路切替手段の内面上を複数の摺動面で摺動する略円柱状の開閉弁と、前記開閉弁の一端を支持する形状記憶バネと、前記開閉弁の他端を支持する戻しバネとから構成されたことにより、加熱手段により加熱された温水の温度に応じて流路を切り替えることが可能となるため、流路切替時に電力を消費することがなく、省電力化できるとともに、形状記憶バネと戻しバネにより支持された開閉弁が、流路切替手段の内面上を複数の箇所で摺動することにより、開閉弁の支持を安定して行え、水の流れを遮断すべき流路側へ水漏れが生じることがなく、確実に流路を切替ることができる。
【００１７】
第２の発明の給湯装置は、特に、第１の発明において、開閉弁には、先端部と中央部より後方に配置された摺動方向に対し、同軸の円柱部が設けられたことにより、開閉弁の支持が複数となり、安定して開閉弁を動作が行え、片持ちから両持ち構造にすることにより、摺動部の摩擦も軽減でき、長期信頼性も向上することができる。
【００１８】
第３の発明の給湯装置は、特に、第１または第２の発明において、開閉弁の中央部より
後方に配置された摺動方向に対し、同軸の円柱部の外形には、複数の突起部が設けられたことにより、摺動部の駆動機械損失を軽減することが可能になり、形状記憶バネと戻しバネの荷重も軽減でき、流路の切替動作を安定させ、長期信頼性も得られる。
【００１９】
第４の発明の給湯装置は、特に、第１〜３のいずれか１つの発明において、開閉弁には、加熱手段により加熱された湯水を流通するための流路開口部を設けたことにより、流路切替手段の内面と開閉弁の外周面との間に流路を設けることなく流路面積を確保できるので、流路切替手段の全体構造を小型化できる。また、開閉弁に流路開口部を設けたことにより、開閉弁を軽量化できるので、弾性力の小さい形状記憶バネや戻しバネが使用できるため、形状記憶バネや戻しバネを小型化でき、ひいては流路切替手段の全体構造を小型化できる。
【００２０】
第５の発明の給湯装置は、特に、第３の発明において、開閉弁の摺動方向に対する両端には、湯水を閉止するための弁部が設けられたことにより、一部品で複数の流路の切り替えが可能となり、流路切替手段の部品点数を削減できるので、小型化できるとともに、軽量化や低コスト化も実現できる。さらに、摺動面となる開閉弁の外周部や、本体部の内面に、シール部を設ける必要がなくなり、開閉弁２９を移動させる力を小さくできるので、形状記憶バネや戻しバネを小型化でき、ひいては流路切替手段の全体構造を小型化できる。
【００２１】
第６の発明の給湯装置は、特に、第１の発明において、流路切替手段には、加熱手段により加熱された湯水を貯湯槽の上部に送る配管内の湯水を抜くための水抜き栓が設けられたことにより、給湯装置の使用者が、冬場の長期不滞在時に配管に溜まった水を抜くことができるので、凍結による流路切替手段の破壊を防止することができる。
【００２２】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、この実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００２３】
（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態における給湯装置の構成図である。
【００２４】
図１の給湯装置は、湯水を貯える貯湯槽１と、加熱手段であるヒートポンプ熱源２とを備えており、貯湯槽１の底部には、給水源からの水を供給する給水管３が接続されている。給水源から供給された水は給水管３を通って、貯湯槽１に貯まる。あるいは、給水管３から分岐され、給湯混合弁４の水側に供給される。
【００２５】
そして給湯混合弁４の下流側にある給湯温度センサー１５で検知する温度が、使用者が設定した給湯温度となるように、給湯混合弁４がフィードバック制御され、タンク上部の高温水と給水管３からの低温水とを混合し、蛇口１６から出湯する。
【００２６】
また、貯湯槽１の下部とヒートポンプ熱源２とは、沸き上げポンプ５を介してヒートポンプ往き配管６で接続されており、沸き上げポンプ５を駆動することで、ヒートポンプ熱源２に貯湯槽１の底部にある低温水を送っている。
【００２７】
ヒートポンプ熱源２は、水と冷媒とが熱交換を行う水冷媒熱交換器、冷媒を減圧する減圧装置、冷媒が大気から熱を吸熱する蒸発器、冷媒を圧縮するコンプレッサー７を有し、順次冷媒配管で環状に接続されてヒートポンプ回路を備えている。そして冷媒水熱交換器で、コンプレッサー７で圧縮されて高温高圧となった冷媒と、貯湯槽１の底部から送られてくる低温水との間で熱交換を行い、高温水を生成する。
【００２８】
ヒートポンプ熱源２の入口には、水冷媒熱交換器に入る水の温度である入水温度を測定するための入水温度センサー１２が、ヒートポンプ熱源２の出口には、水冷媒熱交換器から流出する湯の温度である出湯温度を測定するための出湯温度センサー１３が設けられており、測定された温度データは、制御基板１４に送られ、コンプレッサー７や沸き上げポンプ５の回転数の制御に用いられる。
【００２９】
また、本実施の形態の給湯装置は、ヒートポンプ熱源２から貯湯槽１に戻ってくるヒートポンプ戻り配管８と、ヒートポンプ熱源２により生成された高温水を貯湯槽１の上部に戻すためのタンク上戻り配管１１と、ヒートポンプ熱源２の起動時などにヒートポンプ熱源２から戻ってくる比較的低温の水を貯湯槽１の下部に戻すためのタンク下戻り配管９を備えている。
【００３０】
さらに、ヒートポンプ戻り配管８と、タンク下戻り配管９およびタンク上戻り配管１１とを接続している箇所に流路切替手段１００が設けられており、流路切替手段１００が切り替わることによってタンク上戻り配管１１もしくはタンク下戻り配管９のいずれかの流路を選択できるように構成されている。
【００３１】
次に、流路切替手段１００の構成について説明する。
【００３２】
図２、図３は、本発明の実施の形態１における流路切替手段１００の断面図である。流路切替手段１００は、本体部２６と蓋部２７で構成され、それらの接合部分はＯリング２８でシールされている。そして、ヒートポンプ戻り配管８が接続されるヒートポンプ戻り口１８、タンク下戻り配管９が接続されるタンク下戻り口２０、タンク上戻り配管１１が接続されるタンク上戻り口２１の３つの開放口を有し、それぞれ３つの配管に接続されて流路を形成している。
【００３３】
また、蓋部２７には、タンク上戻り配管１１に溜まった水を抜くための水抜き栓３２が設けられている。図３に示すように、水抜き栓３２は、水抜き栓本体３２ａと水抜き栓Ｏリング３２ｂで構成されている。
【００３４】
本体部２６と蓋部２７の内部には、略円筒状の内部空間４０が形成されている。内部空間４０の一方の端面（本体部２６側）には、タンク下戻り口２０と連通する本体穴部２６ａが設けれ、他方の端面（蓋部２７側）には、タンク上戻り口２１と連通する蓋穴部２７ａが設けられている。
【００３５】
内部空間４０の内部には、略円筒状の開閉弁２９が設けられている。開閉弁２９は、フランジ部２９ａを有し、開閉弁２９の両端には、弁部Ａ２９ｂと弁部Ｂ２９ｃを有している。弁部Ａ２９ｂと弁部Ｂ２９ｃの材質は、それ以外の部分とは異なる材質で形成されている。例えば、開閉弁２９は樹脂材質で形成し、弁部Ａ２９ｂと弁部Ｂ２９ｃはゴム材質で形成されている。
【００３６】
開閉弁２９は、軸部２９ｅとフランジ部２９ａの外周部が内部空間４０の側面上と軸受け部２６ｂを同時に複数の支持で摺動し、図２の紙面に向かって左右方向にスライドするように取り付けられている。開閉弁２９が左右にスライドして動き、弁部Ｂ２９ｃが本体穴部２６ａを塞ぐことで、タンク上戻り口２１に連通する流路を塞ぐ、あるいは、弁部Ａ２９ｂが蓋穴部２７ａを塞ぐことで、タンク下戻り口２０に連通する流路を塞ぐ構成となっている。
【００３７】
フランジ部２９ａと内部空間４０の一方の端面（本体部２６側）との間には、コイル状の戻しバネ３１が設けられており、フランジ部２９ａと内部空間４０の他方の端面（蓋部
２７側）との間には、コイル状の形状記憶バネ３０が設けられている。すなわち、開閉弁２９は形状記憶バネ３０と戻しバネ３１により支持されている。
【００３８】
形状記憶バネ３０は、例えば周囲の温度が約３０度より低い場合には縮んでおり、約３２度を超えると伸び始め、約３５度になるまでに戻しバネ３１の荷重を超えるように材質や形状が設計されている。
【００３９】
次に、開閉弁２９について詳細を説明する。図４は開閉弁２９の側面図、図５は正面図、図６は流路切替手段１００の横断面図である。図４に示すように、開閉弁２９は、略円筒状であり、円筒の軸部２９ｅとフランジ部２９ａと弁部Ａ２９ｂと弁部Ｂ２９ｃで構成され、フランジ部２９ａの外周には、複数の突起部２９ｆを形成している。
【００４０】
また図４〜図６に示すように、フランジ部２９ａには、ヒートポンプ戻り口１８からの湯水が流れる複数の貫通孔から構成された流路開口部２９ｄが形成されている。この流路開口部２９ｄの流路面積、すなわち、複数の貫通孔の合計面積は、本体部２６と蓋部２７に形成されている本体穴部２６ａや蓋穴部２７ａの流路面積よりも大きいことが望ましい。
【００４１】
以上のように構成された流路切替手段１００を用いた本実施の形態の給湯装置について、以下その動作および作用を説明する。
【００４２】
図２には、ヒートポンプ熱源２の立ち上がり時などの流路切替手段１００の状態を示し、図７には、ヒートポンプ熱源２が立ち上がって所定時間経過後の流路切替手段１００の状態を示している。
【００４３】
ヒートポンプ熱源２の立ち上がり時には、ヒートポンプ戻り口１８から流路切替手段１００に入る温水の温度は、十分上昇していない。
【００４４】
図２に示すように、この場合には、例えば湯水沸き上げ設定温度が約３５度の場合、ヒートポンプ熱源２からの出湯された湯水の温度が約３５度より低いため、形状記憶バネ３０は、形状記憶バネ戻しバネの荷重差により縮まっており、フランジ部２９ａにも荷重差で力が加わりことにより、戻しバネ３１がフランジ部２９ａを右方向の力で常に押しているため、弁部Ｂ２９ｃが蓋部２７に空いている蓋穴部２７ａを塞ぐように押さえつけられ、水の流れを遮断している。
【００４５】
したがって、ヒートポンプ熱源２から戻ってくる湯水は、弁部Ａ２９ｂと本体部２６に空いている本体穴部２６ａを通り、タンク下戻り口２０を出て貯湯槽１の下部に戻る。
【００４６】
また、ヒートポンプ熱源２が立ち上がってから所定時間経過後には、生成される温水が高温となっているため、ヒートポンプ戻り口１８から流路切替手段１００に入る温水の温度は高温となる。
【００４７】
図７に示すように、この場合には、例えば湯水沸き上げ設定温度が約３５度の場合、ヒートポンプ熱源２からの出湯された湯水の温度が約３２度に到達すると形状記憶バネ３０は緩やかに伸び始め、湯水の温度が約３５度になるまでに戻しバネ３１の荷重を超えて、弁部Ａ２９ｂを本体部２６に空いている本体穴部２６ａを塞ぐように軸方向に押さえつける。形状記憶バネ３０の動きを熱と荷重による特性や、バネ定数により、熱と荷重の関係を緩やかにすることや、ヒステリシスを設けることで開閉弁２９のハンチング現象を防止している。
【００４８】
したがって、タンク下戻り口２０は確実に閉止され、反対側の弁部Ｂ２９ｃと蓋部２７に空いている蓋穴部２７ａが確実に開くためヒートポンプ熱源２から戻ってきた湯はタンク上戻り口２１から貯湯槽１の上部に戻る。
【００４９】
以上のように、本発明の給湯装置は、温度センサーなどで湯水の温度を計測しながら、流路を切り換える必要がないため、複雑な制御を必要とすることなく、開閉弁２９は、軸部２９ｅとフランジ部２９ａの外周部が内部空間４０の側面上と軸受け部２６ｂを同時に複数の支持で摺動面とするように動作するので、水の流れを遮断すべき流路側へ水漏れを生じさせることがなく、確実に流路を切り替えることができ、貯湯槽１の上部に高温水を貯えることができる。
【００５０】
また、開閉弁２９のフランジ部２９ａは、開閉弁２９の中心より後方に設けることにより、開閉弁２９のフランジ部２９ａは、開閉時に移動しても、ヒートポンプ戻り口１８に引っ掛からなくすることで安定して動作できる。
【００５１】
また、フランジ部２９ａの外周に複数の突起部２９ｆを設けることで、内部空間４０の側面上を摺動面とするに点接触となり、摺動抵抗を軽減するができるのでスムーズに動作できる。
【００５２】
また、フランジ部２９ａ湯水を流すための流路開口部２９ｄを設けたので、内部空間４０の内面と開閉弁２９の外周面との間に流路を設けることなく、湯水を流通させるのに十分な流路が確保できるので、流路切替手段１００を小型化することができる。さらに、フランジ部２９ａに流路開口部２９ｄを設けたことにより、開閉弁２９を軽量化できるので、弾性力の小さい形状記憶バネや戻しバネが使用できるため、形状記憶バネ３０や戻しバネ３１を小型化でき、ひいては流路切替手段１００の全体構造を小型化できる。
【００５３】
また、開閉弁２９の両端には弁部Ａ２９ｂと弁部Ｂ２９ｃとを設けたことにより、一部品で複数の流路の切替が可能となり、流路切替手段１００の部品点数を削減できるので、流路切替手段１００を小型化するとともに、軽量化や低コスト化も実現できる。
【００５４】
さらに、開閉弁２９の両端に弁部Ａ２９ｂと弁部Ｂ２９ｃとを設けることで、摺動面となる開閉弁２９の外周部や、本体部２６の内部空間４０の側面に、Ｏリングなどのシール部を設ける必要がなくなる。
【００５５】
このため、比較的小さい力で開閉弁２９を移動させることができるので、弾性力の小さい形状記憶バネや戻しバネが使用できる。これにより、形状記憶バネ３０や戻しバネ３１を小型化でき、ひいては流路切替手段１００の全体構造を小型化できる。
【００５６】
また、開閉弁２９には、弁部Ａ２９ｂと弁部Ｂ２９ｃを設けることで、例えば、弁部Ａ２９ｂと弁部Ｂ２９ｃを高価なゴム材質に、それ以外の本体部は安価な樹脂材質とすることができるので、低コスト化することができる。
【００５７】
また、形状記憶バネ３０と戻しバネ３１の材質が異なることで、戻しバネ３１は、高価な形状記憶バネ３０の材質ではなく、普通のバネを用いて開閉動作を実現するので、安価に流路切替手段１００および給湯装置を生産できる。
【００５８】
また、形状記憶バネ３０と戻しバネ３１の形状が異なることで、例えば、バネの巻き数や外径、自由長や色違いなど目で見て瞬時に判断できる形状にすることで、生産組み立て時に組み間違えがなく生産性を向上できる。
【００５９】
さらに、蓋部２７には、水抜き構造を形成しているので、冬場に使用者が長期不在時になった時には、水抜き栓本体３２ａを手で捻ることにより水抜き栓３２のシール性を弛めることで、タンク上戻り配管１１に溜まった水を外部へ排水することができるので、凍結による流路切替手段１００の破壊を防止することができる。
【００６０】
なお、本実施の形態では、形状記憶バネ３０は、加熱すると膨張するものとしているが、戻しバネ３１と設置位置を逆転すれば、加熱により収縮する形状記憶バネを用いることもできる。また、形状記憶バネ３０および戻しバネ３１はコイル形状であるとしているが、例えば、板状であってもよい。
【００６１】
また、本実施の形態では、フランジ部２９ａには、複数の貫通孔により流路開口部２９ｄを形成するものとしているが、図８〜図１０に示すように、フランジ部２９ａに突起部２９ｆと、切り欠き部を設けることで、流路開口部２９ｄを形成してもよい。
【００６２】
このようにすれば、フランジ部２９ａの外周に複数の突起部２９ｆを設けることで、内部空間４０の側面上を摺動面とするに点接触となり、摺動抵抗を軽減するができ、流路開口部２９ｄの面積も大きく形成できので、本体部２６の外形を更に小さく設計することが可能となる。
【００６３】
さらに、フランジ部２９ａに切り欠き部を設けたことにより、開閉弁２９を軽量化できるので、形状記憶バネ３０や戻しバネ３１を小型化でき、ひいては流路切替手段１００の全体構造を小型化できる。
【産業上の利用可能性】
【００６４】
以上のように、本発明に係る給湯装置は、ヒートポンプサイクルと給湯サイクルが一体に構成された一体型ヒートポンプ式給湯機、別体に構成された分離型ヒートポンプ式給湯機、給湯用熱交換器で加熱したお湯をそのまま出湯できる直接出湯型ヒートポンプ式給湯機などの各種ヒートポンプ給湯機や貯湯式ヒートポンプ温水暖房機に適用できる。
【符号の説明】
【００６５】
１貯湯槽
２ヒートポンプ熱源（加熱手段）
３給水管
２９開閉弁
２９ａフランジ部
２９ｂ弁部Ａ
２９ｃ弁部Ｂ
２９ｄ流路開口部
２９ｅ軸部
３０形状記憶バネ
３１戻しバネ
１００流路切替手段

【特許請求の範囲】
【請求項１】
湯水を貯える貯湯槽と、前記貯湯槽内の湯水を加熱する加熱手段２と、前記加熱手段により加熱された湯水を前記貯湯槽の上部または下部のいずれかへ送る流路切替手段とを備え、前記流路切替手段は、前記流路切替手段の内面上を複数の摺動面で摺動する略円柱状の開閉弁と、前記開閉弁の一端を支持する形状記憶バネと、前記開閉弁の他端を支持する戻しバネとから構成されることを特徴とする給湯装置。
【請求項２】
前記開閉弁には、先端部と中央部より後方に配置された摺動方向に対し、同軸の円柱部が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項３】
前記開閉弁の中央部より後方に配置された摺動方向に対し、同軸の円柱部の外形には、複数の突起部が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項４】
前記開閉弁の中央部より後方に配置された摺動方向に対し、同軸の円柱部には、前記加熱手段により加熱された湯水を流通するための流路開口部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項５】
前記開閉弁の摺動方向に対する両端には、湯水を閉止するための弁部が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。
【請求項６】
前記流路切替手段には、前記加熱手段により加熱された湯水を前記貯湯槽の上部に送る配管内の湯水を抜くための水抜き栓が設けられたことを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。

【図１】