JP4625916B2 - 湯沸器 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、温度調節操作部の高温側への手動操作と機械的に連動して出湯量を減少させ、低温側への手動操作と機械的に連動して出湯量を増加させる水量調節手段を備えた湯沸器に関する。
【0002】
【従来の技術】
従来から、主に台所等で使用される元止め式瞬間湯沸器としては、その正面に温度調節ツマミとガス量調節レバーとが設けられ、この温度調節ツマミを回し操作することにより出湯量が調節され、ガス量調節レバーを左右に操作することによりガス供給量が調節されるものが知られている。ガス量調節は、バーナへのガス供給量を調節するガス量調節軸により行われ、出湯量調節は、熱交換器への通水量(以下、内胴通過水量)は一定に保ったまま熱交換器をバイパスするバイパス管への通水量(以下、バイパス水量)を調節する水量調節軸により行なわれる。
【0003】
こうした湯沸器では、ガス量調節レバーは操作せずに温度調節ツマミのみを操作すると、ガス供給量は変化させずに、内胴通過水量を一定に保ったまま、バイパス水量を変化させることによって出湯温を調節することができる。この場合には、出湯温を高くした時にはバイパス水量が少なくなるために出湯量は減少し、出湯温を低くした時にはバイパス水量が多くなるために出湯量は増加する。
また、温度調節ツマミは操作せずにガス量調節レバーのみを操作すると、出湯量(内胴通過水量+バイパス水量)は変化させずに、ガス供給量のみを変化させることによって出湯温を調節することができる。この場合、夏場等の入水温が高い時には、ガス供給量を増加させすぎると内胴通過水が沸騰してしまうという問題があり、また冬場等の入水温が低い時には、ガス供給量を絞りすぎると熱交換器でドレンが発生してしまうという問題があった。
このため、従来の湯沸器では、内胴通過水量は、ガス供給能力最大時(例えば、9600kcal/h)で入水温が30℃の時に内胴通過水が沸騰しないように設計されている。そしてガス供給能力最小値は、この内胴通過水量で入水温が5℃の時にドレンが発生しない限界値となるように設計されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、最近では湯沸器の熱効率を向上させたいという要求が高まり、この要求に応えようとするとさらにドレンの発生しないガス供給調節範囲が狭くなってしまう。すなわち、熱効率を向上させるためには、熱交換器の伝熱面積、つまりフィン枚数を増やせばよいが、従来の湯沸器では、内胴通過水量が常に一定であるため、能力小(例えば、4800kcal/h)の時には能力大時に比べて内胴通過水量に対する相対的な加熱量が小さいことから、フィンの温度が低くなり特に低入水温(例えば、5℃)時にドレンが発生しやすくなっている。このため、ドレンを発生させることなく伝熱面積を広くしようとすると、能力小時の加熱量を増加させなければならず、ガス供給調節範囲が狭くなり要求される出湯温調節の幅を確保できない。この結果、熱効率向上の要求に応えることができなかった。
尚、上述した湯沸器のほかにも、温度調節ツマミの回し操作に連動してガス量調節軸が回転し、出湯量調節とガス量調節とが連動して行なわれるタイプの湯沸器も知られている。しかしながら、このガス量−出湯量連動タイプの湯沸器においても、温度調節ツマミによる出湯量の調節に関しては、内胴通過水量を一定に保ったままバイパス水量を変化させることによっておこなっているため、同様の問題が生じている。
本発明の湯沸器は上記課題を解決し、入水温の変化によるドレンの発生と内胴通過水の沸騰とを防止しつつ、熱効率向上の要求に応えることを目的とする。
【0005】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決する本発明の請求項1記載の湯沸器は、
バーナの燃焼熱により通水を加熱する熱交換器と、
上記熱交換器へ水を供給する給水路と、
上記熱交換器から湯を送出する出湯路と、
上記熱交換器をバイパスして給水路と出湯路とを連通するバイパス路と、
上記バーナへのガスの供給量を調節するガス量調節手段と、
出湯温度を調節する温度調節操作部と、
上記温度調節操作部の高温側への手動操作と機械的に連動して出湯量を減少させ、低温側への手動操作と機械的に連動して出湯量を増加させる水量調節手段とを備えた湯沸器において、
低入水温時には、上記熱交換器への通水量を減少させ、高入水温時には、上記熱交換器への通水量を増加させる入水温連動水量補正手段を設け、
上記入水温連動水量補正手段は、上記熱交換器への通水量と上記バイパス路への通水量との総量は変化させずに、上記熱交換器と上記バイパス路への通水量の比率を調節することを要旨とする。
【0007】
また、本発明の請求項2記載の湯沸器は、上記請求項1記載の湯沸器において、
上記入水温連動水量補正手段は、温度によってバネ定数が変化する形状記憶合金製のバネを用い、入水温に応じて、該バネによる荷重の変化によって、上記熱交換器への通水路の断面積と上記バイパス路への通水路の断面積とを変化させることを要旨とする。
【0008】
また、本発明の請求項3記載の湯沸器は、上記請求項1又は2記載の湯沸器において、
上記水量調節手段は、上記給水路への開口面積を決める水量給水スリットと上記バイパス路への開口面積を決める水量バイパススリットとを備えた円筒状の水量調節回転軸を有し、
上記入水温連動補正手段は、上記水量給水スリットと重なる位置に補正給水スリットを、上記水量バイパススリットと重なる位置に補正バイパススリットを備えた円筒状の補正軸を有し、該補正軸の上記水量調節回転軸に対する相対位置が入水温に応じてずれるように構成されていることを要旨とする。
【0009】
上記構成を有する本発明の請求項1記載の湯沸器は、水量調節手段が、温度調節操作部の高温側への手動操作と機械的に連動して出湯量を減少させ、低温側への手動操作と機械的に連動して出湯量を増加させるが、更に、この出湯量調節は入水温連動水量補正手段により自動補正される。つまり、入水温連動水量補正手段が、低入水温時には、熱交換器への通水量を減少させることによって、熱交換器でのドレンの発生を抑制し、高入水温時には、熱交換器への通水量を増加させることによって、熱交換器内での沸騰を抑制する。
【0010】
さらに、入水温連動水量補正手段が、熱交換器への通水量とバイパス路への通水量との総量は変化させずに、低入水温時には熱交換器への比率を大きくし、高入水温時には熱交換器への比率を小さくすることにより、出湯量を一定に保ったまま、低入水温時における熱交換器でのドレンの発生と、高入水温時における熱交換器内での沸騰とを抑制することができる。
【0011】
また、本発明の請求項2記載の湯沸器は、形状記憶合金製のバネの荷重が入水温に応じて変化するので、この力の変化により熱交換器への通水路の断面積とバイパス路への通水路の断面積とを変化させることによって、入水温の変化に応じて、熱交換器への通水量とバイパス路への通水量とを共に変化させることができる。
【0012】
また、本発明の請求項3記載の湯沸器は、円筒状の水量調節回転軸が回転すると水量給水スリットと水量バイパススリットの位置が移動して、給水路への開口面積とバイパス路への開口面積が変化することによって出湯量が変えられる。更に、入水温に応じて、円筒状の補正軸の水量調節回転軸に対する相対位置がずれて、補正軸に設けられた補正給水スリットと補正バイパススリットの位置が移動することによって、入水温の変化に応じて、熱交換器への通水量とバイパス路への通水量とを共に変化させる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以上説明した本発明の構成・作用を一層明らかにするために、以下本発明の湯沸器の好適な実施形態について説明する。
【0014】
図1は、一実施形態としての元止め式瞬間湯沸器100の概略構成図であり、図2は、湯沸器100の外観図である。
器具正面には、点消火操作,水量調節及び出湯温調節するための操作ボタン1と、ガス量調節レバー21とが設けられる。操作ボタン1は、プッシュ式ボタンではあるものの回動自在に設けられ、点消火操作はプッシュ操作により、出湯温調節及び水量調節は回し操作により行われる。器具本体ケースには、操作ボタン1の周囲に温調用の目盛りが印刷されており、操作ボタン1のツマミ1aをあわすことにより出湯温及び水量が無段階調節される。
【0015】
器具本体内には、図1に示すように操作ボタン1のプッシュ操作に連動して動作するレバー2と、このレバー2の動作によりON/OFFするレバースイッチ28が設けられる。
水入口9からの給水経路には、操作ボタン1による手動操作によってレバー2を介して流路を開閉する水栓8が設けられ、その下流には水圧応動装置10が設けられる。水圧応動装置10には、前後に移動自在なダイアフラム22が設けられ、このダイアフラム22で仕切って一次圧室12と二次圧室17とが形成される。
また、水圧応動装置10の一次圧室12への入路には、ダイアフラム22と同軸上に、給水圧の変動が生じても一定流量以下に制限する水ガバナ11が設けられる。
また、一次圧室12から続く流路には、水量調節部25が設けられる。この水量調節部25についての詳細は後述する。
水量調節部25で流路は2方向に分岐され、一方には熱交換器16への給水管33が、もう一方には熱交換器16からの出湯管35に接続されるバイパス管34が設けられる。尚、熱交換器16を通ってきた水(内胴通過水)とバイパス管34を通ってきた水(バイパス水)が混合した後のトータル水量(内胴通過水量+バイパス水量)が出湯量である。
【0016】
給水管33の途中にはベンチュリー15が設けられる。ベンチュリー15は、流路を絞ると共に、流路と直角方向に横孔が設けられ水圧応動装置10の二次圧室17に通じている。ベンチュリー15へ通水されると、ベンチュリー効果によって横孔の水圧に応じて二次圧室17の圧力が低下する。
従って、一次圧室12と二次圧室17間に差圧が生じて、前後に変位自在なダイアフラム22に変位力(前進力)を(図の左方向へ)発生させる。
また、ダイアフラム22には、その変位を伝える突棒18がダイアフラム22に当接して設けられる。そして、突棒18の両側には突棒18の動作に連動して、ON/OFFする水圧スイッチA26,水圧スイッチB27が設けられる。
【0017】
熱交換器16を加熱するメインバーナ20へのガス供給経路には、燃焼中に1次熱電対23と2次熱電対24の合成熱起電力によって開弁状態を保ち、燃焼異常が発生すれば合成熱起電力が低下することにより閉弁するマグネット安全弁3が設けられる。また、この下流には、水圧応動装置10と連動してガス流路を開閉する水圧応動弁19が設けられ、更に下流には、操作ボタン1のプッシュ操作によってガス流路を開閉する器具栓4が設けられる。
また、器具栓4下流の流路は分岐され、燃焼状態を検出するセンシングバーナ7への流路と、メインバーナ20に通じる流路とが設けられる。メインバーナ20へ通じる流路には、供給ガス圧の変動が生じてもガス流量を一定に保つガスガバナ29とメインバーナ20へのガス供給量を調節するガス量調節軸31が設けられる。ガス量調節軸31はガス量調節レバー21を左側の能力小の位置から右側の能力大の位置まで動かすことによって無段階で操作される。
また、メインバーナ20には、連続スパークによりメインバーナ20に点火する電極5と点火を検知するフレームロッド30が設けられる。
【0018】
次に、出湯操作について説明する。
操作ボタン1を押すと、レバースイッチ28がONしレバー2に連動して器具栓4及び水栓8が開き通水が開始される。
水入口9より流入した水はストレーナ6、水ガバナ11、一次圧室12を通り水量調節部25より、一方は給水管33を経て熱交換器16へ、他方はバイパス管34を通って出湯管35からの湯と混合される。
【0019】
ベンチュリー15を通ることにより二次圧室17の圧力を下げ一次圧室12との差圧によりダイアフラム22が二次圧室17側に動作し、突棒18を押し、これに係止されたマグネット開弁機構14によりマグネット安全弁3が開弁すると同時に水圧スイッチA26がONする。マグネット安全弁3が全開になるとマグネット開弁機構14は突棒18より離脱しマグネット安全弁3の閉弁時に邪魔にならない所定の位置まで戻る。更に突棒18が押されると水圧応動弁19が開き、それと同時に水圧スイッチB27がONし電極5からの連続スパークによりメインバーナ20及びセンシングバーナ7に着火する。メインバーナ20に着火すれば点火初期にはフレームロッド30が検知してマグネット安全弁3の開弁状態を維持し、一定時間経過後には1次熱電対23と2次熱電対24の合成熱起電力によって開弁状態が維持され、燃焼が維持される。
出湯状態において再度、操作ボタン1を押すと、レバー2に連動している器具栓4及び水栓8が閉じ、ガス通路及び水通路を遮断し出湯を停止する。
【0020】
次に、水量調節部25について詳述する。
水量調節部25は、図3及び図4に示すように、内側に円筒状の水量調節軸13、外側に円筒状の比率調節軸32を同軸上に回動可能に重ね合わせた2重管を水路管36内に収納して構成され、水量調節軸13の内側が給水経路の一部となる。この水路管36には、分岐管として給水管33とバイパス管34とが設けられている。図4は、水路管36内に水量調節軸13と比率調節軸32とを収納した際の、図3中の一点鎖線A−Aでの断面図である。そして、水量調節軸13と比率調節軸32との間には、温度によってバネ定数が変化する形状記憶合金製のバネ37(以下、SMAバネ37と呼ぶ)が設けられ、比率調節軸32と水路管36との間には、温度によってバネ定数が変化しないいわゆる普通のバネであるバイアスバネ38が設けられる。すなわち、比率調節軸32の位置は、SMAバネ37による荷重とバイアスバネ38による荷重とがつりあった位置となる。水量調節軸13には、リーク孔39が設けられており、水量調節軸13と比率調節軸32との接触面及び比率調節軸32と水路管36との接触面には、若干の隙間が存在するため、それらを通る細い水通路が形成されるので、SMAバネ37の周りは常に水量調節軸13を通って流れていく水によって満たされる。従って、SMAバネ37は常に入水温と同じ温度に維持される。
水量調節軸13の水路管36とは反対側の先端には、水量ギヤ13Aが設けられる。この水量ギヤ13Aは、操作ボタン1に設けられた連動ギヤ1Aと噛合しており、操作ボタン1の回し操作に連動して水量調節軸13を回転させる。また、水量調節軸13と水路管36との間にOリング13Bをはめこむことにより水密が保たれる。
【0021】
水量調節軸13には、給水管33への開口(以下、給水開口)面積を調節する水量給水スリット13aと、バイパス管34への開口(以下バイパス開口)面積を調節する水量バイパススリット13bが設けられる。同様に比率調節軸32には、給水開口面積を調節する比率給水スリット32aと、バイパス開口面積を調節する比率バイパススリット32bが設けられる。水量給水スリット13aと比率給水スリット32aと給水管33の開口とが重なり合うことによって給水開口面積が規定される。また、水量バイパススリット13bと比率バイパススリット32bとバイパス管34の開口とが重なり合うことによってバイパス開口面積が規定される。
【0022】
給水管33への流量は、水量給水スリット13a、比率給水スリット32a、給水管33が内側から外側に向かって重なり合っているため、水量給水スリット13aと比率給水スリット32aの重なりと比率給水スリット32aと給水管33の重なりとの小さい方の面積によって規定される。この流量を規定する面積が、給水開口面積である。また、バイパス管34への流量も同様に考えられ、水量バイパススリット13bと比率バイパススリット32bの重なりと比率バイパススリット32bとバイパス管34の重なりとの小さい方の面積によって規定される。この流量を規定する面積が、バイパス開口面積である。
【0023】
次に、給水開口面積とバイパス開口面積の変化について説明する。
まず、入水温が一定で、水量調節軸13を回転させた時について説明する。操作ボタン1を低温側から高温側に回していくと水量調節軸13が回転し、水量調節軸13に設けられた水量給水スリット13aと水量バイパススリット13bが移動する。この際、操作ボタン1のツマミ1aの位置が所定の位置になるまでは、給水開口面積は一定で、バイパス開口面積が減少し、所定の位置を過ぎると、バイパス開口面積が0になり給水開口面積が減少するように水量給水スリット13aと水量バイパススリット13bの形状が決められている。
従って、例えば、入水温が25℃の時の流量特性のグラフ(図5)に示すように、ツマミ1a位置を低温から高温設定としての目盛3の位置まで回し操作すると、内胴通過水量は一定に保たれたまま、バイパス水量が減少する。そして、3の位置を過ぎて更に高温側に回し操作すると、バイパス水量は0に保たれたまま、内胴通過水量が減少する。
【0024】
次に、操作ボタン1による水量調節は行わずに、入水温が変化した場合について説明する。
SMAバネ37は、温度が高いとバネ定数が大きくなるので、入水温が高いすなわちSMAバネ37の温度が高い時には、比率調節軸32にかかるSMAバネ37の荷重が大きくなって、比率調節軸32の位置が水量給水スリット13a,水量バイパススリット13bの動きに対して直交する方向(水量調節軸13の軸方向)でバイアスバネ38側(図4中では左側)に少しずれる。この際、給水開口面積とバイパス開口面積の総和は変わらずに、給水開口面積の比率が大きくなって、バイパス開口面積の比率が小さくなるように、比率給水スリット32aと比率バイパススリット32bの形状が決められている。
入水温が低いすなわちSMAバネ37の温度が低いときには、SMAバネ37のバネ定数が小さくなるので、比率調節軸32にかかるSMAバネ37の荷重が小さくなって、比率調節軸32の位置がSMAバネ37側(図4中では右側)に少しずれる。この際、給水開口面積とバイパス開口面積の総和は変わらずに、給水開口面積の比率が小さくなって、バイパス開口面積の比率が大きくなるように、比率給水スリット32aと比率バイパススリット32bの形状が決められている。
【0025】
上述した湯沸器100による入水温が25℃時の流量特性のグラフを図5に、出湯特性のグラフを図6に示し、入水温が5℃時の流量特性のグラフを図7に、出湯温特性のグラフを図8に示す。
入水温が低い(5℃)時には、高い(25℃)時と比べると、トータル水量(内動通過水量+バイパス水量)を一定に保ったまま、内胴通過水量を減少させ、バイパス水量を増加させることができるので、能力小(ガス供給量が少ない)で入水温が低い時においても内胴出口温をドレンが発生する温度よりも高温に維持することができる。このようにしてドレン発生を抑制することにより器具の耐久性を増すことができる。さらに、ドレン発生に対する余裕度が広がるので、熱交換器16のフィンの枚数を増やし伝熱面積を増やして熱効率を向上させることが可能となる。
逆に、入水温が高い(25℃)時には、低い(5℃)時に比べると、トータル水量を一定に保ったまま、内胴通過水量を増加させ、バイパス水量を減少させることができるので、能力大(ガス供給量が多い)で入水温が高い時においても内胴出口温を内胴通過水が沸騰するよりも低温に維持することができる。このようにして内胴通過水の沸騰を抑制することにより出湯特性を向上させることができより使い勝手が良い器具となる。さらに、沸騰に対する余裕度が広がるので、熱交換器16のフィンの枚数を増やし伝熱面積を増やして熱効率を向上させることが可能となる。
【0026】
また、入水温に応じて、内胴通過水量とバイパス水量の比率は変化するもののトータル水量は変化しないので、操作ボタン1を操作しなければ入水温によって出湯量が変化することはなく使い勝手が良い。
【0027】
そして、内側に水量調節軸、外側に比率調節軸を重ね合わせた2重管を水路管に収納して、温度によってバネ定数が変化するSMAバネ37の荷重の変化を利用して、入水温に応じて比率調節軸の位置を移動させるといった比較的簡単な構造で水量調節部25を作製することができるので、湯沸器100を製造するコストを抑えることができると共に故障等の不具合が生じにくい。
【0028】
以上本発明の実施形態について説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。
例えば、本実施形態では、入水温に応じて、内胴通過水量とバイパス水量の両方がその総量は一定としながら変化しているが、バイパス水量は、変化しなくても良い。すなわち、高入水温時には内胴通過水量が増加し、低入水温時には内胴通過水量が減少すればよいわけである。
また、出湯量調節とガス量調節とが出湯温度調節操作に連動して行なわれるタイプの湯沸器に適用しても構わない。例えば、本実施形態の湯沸器100のガス量調節軸31にガス量ギヤを設け、操作ボタン1にこのガス量ギヤと噛合するギヤを設けて、操作ボタン1を回し操作することにより、水量調節軸13と連動してガス量調節軸31が操作されるようにしても良い。
【0029】
【発明の効果】
以上詳述したように、本発明の請求項1記載の湯沸器によれば、低入水温時には、内胴通過水量を減少させて熱交換器でのドレンの発生を抑制することにより、器具の耐久性を増すことができ、高入水温時には、内胴通過水量を増加させて熱交換器内での沸騰を抑制することにより、出湯特性を向上させることができる。
さらに、ドレン発生と沸騰に対する余裕度が広がるので、熱交換器の伝熱面積を増やして熱効率を向上させることが可能となる。
【0030】
更に、低入水温時には内胴通過水量の比率を大きくし、高入水温時には内胴通過水量の比率を小さくすることによってドレン発生と沸騰とを抑制できるだけでなく、入水温の変化によって出湯量が変化しないため使い勝手が良い。
【0031】
更に、本発明の請求項2記載の湯沸器によれば、入水温連動水量補正手段を形状記憶合金製のバネを用いることにより構造を複雑化させることなく安価に実施することができるので、湯沸器を製造するコストを抑えることができる。
【0032】
更に、本発明の請求項3記載の湯沸器によれば、水量調節手段を水量調節回転軸で、入水温連動水量補正手段を補正軸で構成することによって、簡単な構造で要求される熱交換器への通水量とバイパス路への通水量の調節を行うことができるために、湯沸器を製造するコストを抑えることができると共に故障等の不具合が生じにくい。
【図面の簡単な説明】
【図1】本実施形態としての湯沸器の概略構成図である。
【図2】本実施形態としての湯沸器の外観図である。
【図3】本実施形態の水量調節部の構成図である。
【図4】本実施形態の水量調節部の断面図である。
【図5】入水温が25℃時の流量特性を表すグラフである。
【図6】入水温が25℃時の出湯特性を表すグラフである。
【図7】入水温が5℃時の流量特性を表すグラフである。
【図8】入水温が5℃時の出湯特性を表すグラフである。
【符号の説明】
1…操作ボタン、13…水量調節軸、13a…水量給水スリット、13b…水量バイパススリット、16…熱交換器、20…メインバーナ、21…ガス量調節レバー、25…水量調節部、31…ガス量調節軸、32…比率調節軸、32a…比率給水スリット、32b…比率バイパススリット、33…給水管、34…バイパス管、35…出湯管、37…SMAバネ、38…バイアスバネ、39…リーク孔。
Claims (3)
- バーナの燃焼熱により通水を加熱する熱交換器と、
上記熱交換器へ水を供給する給水路と、
上記熱交換器から湯を送出する出湯路と、
上記熱交換器をバイパスして給水路と出湯路とを連通するバイパス路と、
上記バーナへのガスの供給量を調節するガス量調節手段と、
出湯温度を調節する温度調節操作部と、
上記温度調節操作部の高温側への手動操作と機械的に連動して出湯量を減少させ、低温側への手動操作と機械的に連動して出湯量を増加させる水量調節手段とを備えた湯沸器において、
低入水温時には、上記熱交換器への通水量を減少させ、高入水温時には、上記熱交換器への通水量を増加させる入水温連動水量補正手段を設け、
上記入水温連動水量補正手段は、上記熱交換器への通水量と上記バイパス路への通水量との総量は変化させずに、上記熱交換器と上記バイパス路への通水量の比率を調節することを特徴とする湯沸器。 - 上記入水温連動水量補正手段は、温度によってバネ定数が変化する形状記憶合金製のバネを用い、入水温に応じて、該バネによる荷重の変化によって、上記熱交換器への通水路の断面積と上記バイパス路への通水路の断面積とを変化させることを特徴とする請求項1記載の湯沸器。
- 上記水量調節手段は、上記給水路への開口面積を決める水量給水スリットと上記バイパス路への開口面積を決める水量バイパススリットとを備えた円筒状の水量調節回転軸を有し、
上記入水温連動補正手段は、上記水量給水スリットと重なる位置に補正給水スリットを、上記水量バイパススリットと重なる位置に補正バイパススリットを備えた円筒状の補正軸を有し、該補正軸の上記水量調節回転軸に対する相対位置が入水温に応じてずれるように構成されていることを特徴とする請求項1または2記載の湯沸器。
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