JP3119536B2 - 湯水混合制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、湯と水とを混合して出
湯するミキシングタイプの給湯器に用いられる湯水混合
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、給湯器の出湯特性を向上させ
るため、熱交換器で加熱された湯と熱交換器を迂回して
供給された水とを混合して出湯する給湯器が知られてい
る。こうした給湯器に用いられる湯水混合制御装置にお
いては、湯水混合後の出湯温度を検出し、この出湯温度
が予め設定された設定温度になるように混合弁を駆動制
御して混合比を調整している。また、出湯停止後の再出
湯時における出湯特性を向上させるため、出湯停止され
たときに混合弁の動作を停止させてその状態を保持する
技術（例えば、特開昭６０−３７２２号）や、その停止
保持状態から所定時間経過後に混合弁を水側閉成方向に
動作させる技術（例えば、特開平２−２９２５８９号）
が知られている。

【０００３】

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、出湯 停
止時に混合弁を所定の位置（例えば、水側全閉位置）に
動作させる場合、混合弁の駆動源であるモータを制御す
るコントローラの位置制御が不良となり、所望の位置に
混合弁を動作させることができないことがあった。つま
り、モータの脱調や混合弁の異物かみ込み等により、コ
ントローラ側で判断している混合弁（弁体）位置と実際
の位置とに相違を生じることがあった。こうした問題
は、弁体の位置をセンサにより直接検出しているもので
は生じないが、例えば、ステッピングモータを用いた制
御のようにパルス信号出力の履歴に基づいてコントロー
ラ側でモータ位置（弁体位置）を判断している場合等で
は、実際の弁体位置とコントローラ側で判断している位
置とに相違が生じていても、その相違を捉えることがで
きないことに起因している。

【０００５】従って、モータの脱調や異物かみ込み等が
生じてもコントローラ側では何等異常を検知できず、そ
のまま混合制御を継続することとなり所望の設定温度で
の出湯ができなくなってしまう。このため、使用者がリ
モコン等により低温出湯を選択しても、高温で出湯開始
される危険性がある。本発明の湯水混合制御装置は上記
課題を解決し、混合制御の精度を向上させることを目的
とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の湯水混合制御装
置は、熱交換器により加熱された湯と、該熱交換器への
給水路から分岐したバイパス管に供給された水とを混合
して出湯する給湯器に用いられ、上記湯と水との混合比
を弁体の位置により調整し、該弁体により上記バイパス
管を全閉可能な混合弁装置と、上記混合弁装置を駆動制
御する混合制御手段とを備えた湯水混合制御装置におい
て、上記弁体が上記バイパス管全閉位置に有ることを検
知する全閉検知手段と、上記弁体が上記バイパス管を全
閉する位置を弁体原点位置として記憶する原点位置記憶
手段と、上記原点位置に対する現在の弁体位置を記憶す
る現在位置記憶手段と、上記弁体を上記バイパス管全閉
位置に駆動するにあたり、該全閉位置までの移動に要す
る距離より若干大きな移動指令を出力する指令手段と、
上記移動指令出力後に、上記全閉検出手段により弁体の
全閉状態が検知されたときの弁体位置を上記原点位置と
して更新記憶する原点更新手段と、上記移動指令が出力
されたにもかかわらず、上記弁体の全閉状態が検知され
ない場合に異常と判断する異常判断手段とを備えたこと
を要旨とする。

【０００７】

【０００８】

【０００９】

【作用】上記構成を有する本発明の湯水混合制御装置
は、弁体 をバイパス管全閉位置に駆動するにあたり、弁
体の現在位置から全閉位置まで移動するに要する距離よ
り若干大きな移動指令が出力される。この場合、弁体が
バイパス管を全閉する位置を弁体原点位置として原点位
置記憶手段に記憶しており、また、原点位置に対する現
在の弁体位置を現在位置記憶手段に記憶していることか
ら、全閉位置までの移動距離は判断できる。そして、移
動指令の出力後、全閉検知手段により弁体の全閉状態が
検知されたときの弁体位置を原点位置として、原点位置
記憶手段に記憶された原点位置を更新する。また、この
とき本来なら全閉検知手段により全閉状態が検知される
はずであるが検知されない場合には、異常であると判断
する。この結果、現在位置記憶手段に記憶される弁体位
置と実際の位置とのずれを補正することができ、弁体の
正確な位置制御が可能となり、しかも異物かみ込み等に
よる異常も検出できる。

【００１０】

【実施例】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、以下本発明の湯水混合制御装置の好適
な実施例について説明する。

【００１１】図１は、一実施例としての湯水混合制御装
置を備えた給湯器の概略構成図である。この給湯器は、
上水道に接続される給水管１と、給水管１から導かれた
冷水をバーナ２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
１から分岐して設けられるバイパス管５と、バイパス管
５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制御部２０と、
混合された湯を給湯栓６に導く出湯管７とを備える。ま
た、給水管１には出湯状態の有無を判断するために通水
量を検出する流量センサ８（水流スイッチであってもよ
い）と、入水温を検出する温度センサ９とが設けられ
る。一方、給湯管４には熱交換器３で加熱された湯温を
検出する温度センサ１０が設けられる。尚、給湯器にお
ける燃焼系、給排気系、点火系等については本発明の要
旨でないため省略する。また、流量センサ８，温度セン
サ９，１０は、燃焼系の制御に用いられるものを兼用す
ればよい。

【００１２】湯水混合制御部２０は、給湯管４とバイパ
ス管５との合流点に設けられる混合弁３０と、混合弁３
０の弁体３１を進退駆動するモータ４０（本実施例では
ステッピングモータ）と、出湯管７に設けられ出湯温度
を検出する温度センサ１４と、混合弁３０の駆動制御を
行うコントローラ５０と、弁体３１のバイパス管５全閉
状態を検知する検知部６０とからなる。

【００１３】混合弁３０は、図２に示すように、バイパ
ス管５側に設けられる弁シート３２と給湯管４側に設け
られる弁シート３３との間で進退する弁体３１により湯
と水との混合比を調整するもので、モータ４０の回転が
ギヤ機構４１を介してスピンドル３４を進退運動させ弁
体３１位置を調整するよう構成されている。以下、この
構成について説明する。

【００１４】弁体３１の駆動軸となるスピンドル３４
は、軸方向に摺動可能に設けられ、その途中に２つのＥ
リング３５，３６が所定距離あけてはめ込まれている。
このＥリング３５，３６の間には、弁体３１と、弁体３
１をバイパス管５閉成方向に付勢するバネ３７およびそ
のバネ受３８が挿通される。

【００１５】ギヤ機構４１は、モータ４０の回転運動を
スピンドル３４の進退運動に変えるもので、モータ４０
の軸に設けられる主ギヤ４２と、主ギヤ４２と噛合する
と共にその下部円筒側面にネジ４３が形成された伝達ギ
ヤ４４と、伝達ギヤ４４のネジ４３と噛合するネジ４５
が形成され配管壁に固着された円筒ネジ４６とから構成
される。従って、モータ４０が回転すると伝達ギヤ４４
はそれに応じて回転しつつネジ４３，４５の作用で軸方
向に進退運動するようになっている。

【００１６】スピンドル３４は、円筒ネジ４６および伝
達ギヤ４４の軸心に挿通され、その頭部３９が伝達ギヤ
４４の上面に形成された凹部４７に収められその上から
キャップ４８をはめて組み付けられている。従って、ス
ピンドル３４は伝達ギヤ４４と一体的に進退運動するよ
うになっている。尚、円筒ネジ４６内には、伝達ギヤ４
４を上方向に付勢するバネ４９が設けられており、ネジ
４３，４５間を常に当接状態に保ってバックラッシによ
る誤差を低減するようにしている。

【００１７】検知部６０は、弁体３１が水側閉方向に移
動して弁シート３２に当接（水側全閉）したときに、板
バネ６１が伝達ギヤ４４に押されて検知スイッチ６２の
接点がオフするように構成されている。従って、水側全
閉状態はスイッチ６２のオン、オフにより検出すること
ができる。

【００１８】このように構成された混合弁３０の動作に
ついて説明する。水側全閉状態でない場合には、弁体３
１はバネ３７の付勢によりＥリング３５に当接したかた
ちでスピンドル３４と一体的に進退移動する。そして、
スピンドル３４が水側閉方向（図面下方向）へ駆動され
て弁体３１が弁シート３２に当接すると、その後はスピ
ンドル３４のみが移動することとなり弁体３１自身は停
止して水側全閉状態を保持する（図２破線で示す状
態）。この状態から逆にスピンドル３４が水側開方向
（図面上方向）に駆動されると、Ｅリング３５が弁体３
１に当接して、以後弁体３１はスピンドル３４と一体的
に移動して混合比が調整される。尚、バネ３７は弁体３
１のストローク誤差を吸収するためのものであるが、ス
ピンドル３４の駆動操作力にはなんら影響を与えない
（水側全閉状態を除く）。つまり、従来においてはスト
ローク誤差を吸収する場合、バネを管路壁と弁体との間
に設けていたため、その荷重に打ち勝つだけの駆動操作
力を要したが、本実施例ではバネ受３８をスピンドル３
４側に設けているため、スピンドル３４の駆動操作力は
少なくてすむ。特に、この場合のバネ荷重は、水側と湯
側との圧力差に対して収縮しないように大きく設定され
ているため非常に有効なものとなっている。

【００１９】コントローラ５０は、周知の算術論理演算
回路を構成するＣＰＵ５１と、制御プログラムや各種デ
ータを記憶するＲＯＭ５２と、モータ４０の位置データ
などの各種データを一時的に記憶するＲＡＭ５３と、温
度センサ９，１０，１４や流量センサ８、検知スイッチ
６２からの信号を入力し演算可能な信号に変換する入力
インタフェース５４と、モータ４０に駆動制御信号を出
力する出力インタフェース５５と、これらを相互に接続
するバス５６等から構成される。

【００２０】次に、湯水混合制御処理について説明する
が、出湯中における処理については本発明の特徴でない
ため簡単な説明にとどめる。出湯中においては、所定の
周期（例えば、５０mm秒）で温度センサ１４により混合
された湯の出湯温度を検出し、出湯温度と設定温度との
偏差に基づいて操作駆動量を算出する。例えば、ＰＤ制
御（比例微分制御）であれば、次式のように求められ
る。 ｙn ＝ｋp・ｅn＋ｋd （ｅn −ｅn-1 ） ｙn …駆動操作量 ｅn …出湯温度と設定温度との偏差 ｅn-1 …前回検出したｅn ｋp …比例項制御定数 ｋd …微分項制御定数 そして、この操作駆動量ｙn にてモータ４０を駆動し
て、出湯温度ＴM が設定温度ＴS に近づくように混合比
を制御するのである。

【００２１】こうした出湯中に、使用者が給湯栓６を閉
じると流量センサ８により出湯停止が検出され、以下に
示すスタンバイ制御処理が行われる。図３は、コントロ
ーラ５０が実行するスタンバイ制御ルーチンを表し、所
定の周期（例えば、５０mm秒毎）で繰り返し実行される
ものである。

【００２２】流量センサ８により水流が検出されない状
態では、使用者がリモコン（図示略）により設定温度Ｔ
S を変更したか否かを判断し（Ｓ１０）、変更された場
合にはＲＡＭ５３に記憶されている設定温度ＴS をその
値に更新する（Ｓ１１）。次に、温度センサ９，１０に
より入水温度ＴC ，熱交換器出口側湯温度ＴH （以下、
熱交出口温度ＴH と呼ぶ）を検出し（Ｓ１２）、ＴH ≦
ＴS ＋１０℃か否かを判断する（Ｓ１３）。出湯停止か
ら間もない場合等では「ＮＯ」と判断され、ステップ１
４に移行して適正な混合比Ｋの算出を行う。尚、ここで
の混合比とは、出湯したと仮定した場合の総流量ＱM に
対する湯側流量ＱH の比率をいう。

【００２３】この混合比Ｋは、 Ｋ＝（ＴS −ＴC ）／（ＴH −ＴC ）…… として算出する。以下、この式の導入式を説明する。
バイパス管５を流れる流量をＱC 、湯水混合された温度
をＴM とすると、 ＴH ・ＱH＋ＴC・ＱC ＝ＴM ・ＱM の関係から、 ＴH ・ＱH ／ＱM ＋ＴC ・ＱC ／ＱM ＝ＴM Ｋ＝ＱH ／ＱM から ＴH ・Ｋ＋ＴC ・（１−Ｋ）＝ＴM となる。従って、Ｋ＝（ＴM −ＴC ）／（ＴH −ＴC ）
として導かれ、混合温度ＴM を設定温度ＴS に置き換え
ることで式が得られる。

【００２４】こうして混合比Ｋが算出されると、それに
応じた弁体３１の位置（リフト量）を図４に示す算出マ
ップから求め（Ｓ１５）、モータ４０を駆動して弁体３
１を上記算出された位置に移動させる（Ｓ１６）。そし
て本ルーチンを一旦抜け、所定のタイミングで再度ステ
ップ１０からの処理に移動する。

【００２５】こうした処理を繰り返すうちに、熱交出口
温度ＴH が放熱により低下してＴH≦ＴS ＋１０と判断
されると（Ｓ１３：ＹＥＳ）、混合弁１１を水側全閉
（バイパス管５流路全閉）・原点チェック処理を行う
（Ｓ２０）。

【００２６】この処理は、図５に示すフローチャートに
沿って行われる。まず、弁体３１の現在位置から原点位
置（水側全閉位置）までの距離Ｘを算出する（Ｓ２
１）。本実施例では、弁体３１の駆動源としてステッピ
ングモータを用い原点位置（水側全閉位置）からのパル
ス数累計をＲＡＭ５３に記憶させており、この位置デー
タを読み込むことにより水側全閉位置までの距離Ｘを求
めることができる。

【００２７】続いて、モータ４０を水側閉方向に駆動開
始し（Ｓ２２）、駆動中に検知スイッチ６２がＯＦＦし
たか否か、つまり水側全閉となる原点位置に弁体３１が
達したか否かを判断する（Ｓ２３）。こうした処理が繰
り返され、検知スイッチ６２がＯＦＦすれば、そのとき
のコントローラ５０が判断しているモータ制御位置を原
点位置としてデータ更新し（Ｓ２４）、モータ４０を停
止させる（Ｓ２５）。一方、モータ４０の駆動距離がＸ
＋α（小量加算分）に達しても依然として検知スイッチ
６２がＯＦＦしない場合には（Ｓ２６：ＮＯ）異常処理
を行う（Ｓ２７）。つまり、混合弁３０が正常であれ
ば、モータ４０を距離Ｘ＋αだけ駆動する以前に水側全
閉となって検知スイッチ６２がＯＦＦするのであるが、
モータ４０の脱調とか混合弁３０の異物かみ込み等が生
じている場合には検知スイッチ６２がＯＦＦしないため
異常を検出できるのである。

【００２８】こうして異常が検出された場合には、モー
タ４０への通電を停止すると共に、図示しないリモコン
に異常表示を出力する。また、熱交出口温度ＴH を所定
温度に制御する給湯器の燃焼制御系では、その制御温度
を下げ（例えば、ＴH ＝５５℃）再出湯時のやけど防止
を図る。

【００２９】以上説明したように、本実施例によれば、
出湯停止後の熱交出口温度ＴH に応じて混合弁３０の混
合比を調整し、出湯停止から短期間で再出湯された場合
でも、出湯温の立ち上がり特性が非常に良好となる。例
えば、出湯停止時に熱交換器３余熱による後沸きで温度
上昇して場合には水側開弁方向に動作し、放熱により温
度低下すれば水側閉弁方向に動作するため、出湯直後の
混合比が適切なものとなる。また、熱交出口温度ＴH が
設定温度ＴS ＋１０℃以下にまで低下すればコールドス
タートと判断し水側全閉することで加熱速度が早まる。

【００３０】更に、この水側全閉動作を利用して弁体３
１の原点位置を更新することで、コントローラ５０側で
判断している弁体３１位置と実際の位置との誤差（ず
れ）を補正することができる。しかも、このときに混合
弁３０やモータ４０の異常をも検出でき、高精度の混合
制御を実現できる。

【００３１】次に、本実施例の変形例について説明す
る。先に示した実施例においては、熱交出口温度ＴH が
所定温度以上の場合に常に最適な混合比を算出してモー
タ４０を駆動制御したが、止水と共に弁体３１を停止さ
せ、熱交出口温度ＴH が所定温度まで低下したときに水
側全閉するようにして制御処理を簡略化してもよい。つ
まり、図３のステップ１０，１１，１４，１５，１６の
処理を省いた構成であってもよい。また、設定温度ＴS
が変更されたときにのみ、混合比Ｋを算出してモータ４
０を駆動するようにしてもよい。

【００３２】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、混合弁は
水側，湯側を個々に流量調整するものや、水側のみを調
整するものであってもよい。また、水側全閉に移行する
熱交換器３出口側の温度ＴX は、設定温度ＴS ＋１０℃
に限るものではないが、ＴS ≦ＴX ≦ＴS ＋１０℃が好
ましい。

【００３３】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の湯水混合
制御装置によれば、水側全閉動作に伴って弁体位置のず
れが補正され、しかもモータの脱調とか混合弁装置の異
物かみ込み等の異常が検出されるため、高精度の混合制
御が可能となり、出湯温度制御を良好に行うことができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例としての湯水混合制御装置を備えた給湯
器の概略構成図である。

【図２】混合弁の概略構成図である。

【図３】スタンバイ制御ルーチンを表すフローチャート
である。

【図４】混合比から弁体位置を求める算出マップであ
る。

【図５】水側全閉・原点チェック制御ルーチンを表すフ
ローチャートである。

【符号の説明】

８…流量センサ、 ９，１０，１４…温度センサ、 ２
０…湯水混合制御部、３０…混合弁、 ３１…弁体、
４０…モータ、 ５０…コントローラ、６０…検知部。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器により加熱された湯と、該熱交
   換器への給水路から分岐したバイパス管に供給された水
   とを混合して出湯する給湯器に用いられ、 上記湯と水との混合比を弁体の位置により調整し、該弁
   体により上記バイパス管を全閉可能な混合弁装置と、 上記 混合弁装置を駆動制御する混合制御手段とを備えた
   湯水混合制御装置において、上記弁体が上記バイパス管全閉位置に有ることを検知す
   る全閉検知手段と、 上記弁体が上記バイパス管を全閉する位置を弁体原点位
   置として記憶する原点位置記憶手段と、 上記原点位置に対する現在の弁体位置を記憶する現在位
   置記憶手段と、 上記弁体を上記バイパス管全閉位置に駆動するにあた
   り、該全閉位置までの移動に要する距離より若干大きな
   移動指令を出力する指令手段と、 上記移動指令出力後に、上記全閉検出手段により弁体の
   全閉状態が検知されたときの弁体位置を上記原点位置と
   して更新記憶する原点更新手段と、 上記移動指令が出力されたにもかかわらず、上記弁体の
   全閉状態が検知されない場合に異常と判断する異常判断
   手段と を備えたことを特徴とする湯水混合制御装置。