JPS592427Y2 - 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０ＮＯＦＦ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水供給装置に関し、熱源の断続作動
時の供給温水の温度ディファレンシャルを０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水
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、供給温水温度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図は供給温水の温度と時間の
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堀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Ｊ
θが大きく、通常２０〜３０℃になると、ｊθ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テ゛イ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ｌ
θ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シャ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い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６１〜１２１ ／ｍｉｎ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
ｌθが２０〜３０℃もあっては混合水栓を使用しても１
０〜１５℃の温度変化があり、シャワー使用時の体感限
度±２℃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２６．０００ ｋａｌ／ｈｃ７）
瞬間型ボイラーの場合、常温で１０１７ｍ１ｎが臨界流
量に相当し、１０７／ｍｉｎ以上の給湯時には連続燃焼
時の供給水温温度特性を示し、１０１／ｍｉｎ以下の給
湯時にはｌθが２０〜３０℃の断続燃焼時の供給温水温
度特性となる。

そして５１／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側には分流用の孔９を、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■の流路１１となし
、外胴８内を第２の流路１２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Ｑ８をもたせている。

なお第１の流路１１には縮流部１３を設けている。

５ａは、温水供給器５の吐出側、即ち混合用の孔１０の
下流側に設けた温水混合促進室で、第１．第２の流路１
１，１２から出た温水の混合を促進する。

５ｂは促進室５ａ内に配した混合用部材で、温水供給器
５の吐出口５Ｃにその平面部を対向して配する。

混合用部材５ｂは単なる板材で構成しても良いし、その
他、プロペラファン等の回転装置によって構成しても良
い。

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＝Ｑ８．−Ａ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５７／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’／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１１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
は大きな温度ディファレンシャルがでてしま譬 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士サイクルず
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Ｑ、−、＝ＱＢＱＡ＝２．５１／ｍｉｎｘ３
ｍｉｎｘ４−Ｘ３．７５ ｌ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ｊθは０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、実際には両流路１１，１２の温水が混合する
部分があまりにも小さな空間であると、各々の流路１１
，１２の温水の偏流等によって、混合が良好に威されな
い。

そこで、温水混合促進用の大なる空間を有する促進室５
ａを設け、さらに、促進室５ａ内に混合用部材５ｂ、例
えば板材、プロペラファンを設ければ、流路１１，１２
からの温水を外周方向へ導き、次に外周部から円心部へ
対向せしめて温水を混合することができる。

ここで、室５ａにおける大なる空間とは、温水に比重差
があれば、比重差による対流が促進できる空間を意味し
ている。

即ち、室５ａ、部材５ｂにより比重差による対流と対向
流による混合を促進する空間を設けているのでＪθ＝０
に近づく。

もちろん、部材５ｂがなくても良いが、その場合には室
５ａの空間は、対流作用のみの混合になるので、部材５
ｂがある場合に比べ、相当分大きくならざるを得ない。

上記の説明は本考案装置を給湯装置に適用した実施例に
ついて述べたが、本考案は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、ボイラーの湯温が上昇し、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Ａθ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と同期したテ゛イファレ
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
出力の士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Ｂ２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ｊθのディファレンシャ
ルをもつ断続燃焼時の供給温水温度特性に÷周期ずらせ
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０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１５
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の回路と第２の回路
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
、システムの循環量を１０１／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５１／ｍ
ｉｎづつ流すとし、さらに両流路の貯湯量差を５７’／
ｍ１ｎｘ４ ｍ１ｎｘ４−１０ ｌとして÷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ｌθ＝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
行なわせることができるものである。

上記した暖房の場合においても、温水供給器１８の吐出
側には、温水混合促進室を設けており、前述した給湯時
と同様に第１．第２の流路から出た温水をより均一に混
合でき、循環する温水の温度の一定化がより確実に威さ
れる。

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Ｊθ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３０ 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℃のの湯が沸き上がったとしても、
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内の罐体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９
０℃のお湯が出はじめても第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℃前後が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っぎのよう
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０としつるの
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
面に生しないので、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、かつ浴槽等に
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になり、がつ簡単な構成であ
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Ｊθは小さ
くなるという効果を有する。

（８）温水混合促進室により、温水の混合むらがなくな
り、比重差による対流と、必要であれば対向流による混
合によって、確実にＪθ二〇とすることか゛できる。

なお、前述の実施例においては一緒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言うまでもない。

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テ゛イファレンシャル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。 １・・・・・・ボイラー、４・・・・・・給湯口、５・
・・・・・温水供給器、７・・・・・・内胴、８・・・
・・・外胴、９・・・・・・分流用孔、１０・・・・・
・混合用孔、１１・・・・・・第１の流路、１２・・・
・・・第２の流路、５ａ・・・・・・温水混合促進室。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. ボイラーの熱源が温水の設定温度において０Ｎ−ＯＦＦ
   制御される貯湯量の小さな瞬間型湯沸器を温水供給源と
   し、この温水供給源か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
   記温水供給源側には内、外胴内を導通するとともに、こ
   れらの内、外胴内の一方に流入した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、外胴内の一方に流れる温
   水を他方に流入させ、混合させる混合用の孔を形威し、
   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した後に
   、この混合用の孔の下流に流出させる構成とするととも
   に、この混合用の孔の下流には、内部に温水混合用部材
   を配した温水混合促進室を設けた温水供給装置。