JP3152814B2 - 給湯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明はバイパス式の給湯装置
に係り、特に湯水混合弁の故障を予め設定された温度と
熱交換器の出口温度の偏差により検出し、適切な加熱制
御を行う給湯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のミキシング式の給湯装置は、図６
に示すように、熱交換器をバイパスして給水管と給湯管
を結ぶバイパス管と、熱交換器の出口側、バイパス管の
給湯管側および給湯管をそれぞれ接続し、熱交換器を通
過する湯とバイパス管を通過する水を混合して設定温度
の湯を給湯管に供給する混合弁とを備えたものは知られ
ている。

【０００３】このようなミキシング式の給湯装置は、パ
ルス電源で駆動されるステッピングモータを備え、パル
ス電源のパルス数に対応してステッピングモータを回転
させ、混合弁の弁開度を調整することにより、熱交換器
を通過する湯とバイパス管を通過する水を適切な混合比
（分配比）で混合するよう構成される。

【０００４】また、混合弁の全開位置または閉結位置に
対応したステッピングモータの位置を検出するために、
例えばホール素子等で構成された位置検出器を設け、給
湯装置に設けられた制御手段が位置検出器から出力され
る検出情報に基づいてステッピングモータや混合弁の調
整不良や故障（脱調と称する）を判定し、加熱を停止し
たり、給湯を禁止するよう構成される。

【０００５】図７にステッピングモータの駆動パルス数
と分配比の関係図を示す。分配比（Ｑｈ／Ｑ）は、給水
管に設けられた流量センサ（Ｑ）が検出する全流量
（Ｑ）に対する熱交換器を通過する湯の流量（Ｑｈ）の
比を表わし、例えばステッピングモータの駆動パルス数
（Ｎｐ）は、混合弁の湯側（熱交換器の出口側）が全開
位置（Ｑｈ／Ｑ＝１）の場合には０（Ｎｐ＝０）、混合
弁の湯側が閉結位置（Ｑｈ／Ｑ＝０）の場合にはＮｍ
（Ｎｐ＝Ｎｍ）となるよう予め設定される。また、パル
ス数（Ｎｐ）に対応する混合弁の弁開度（Ｘｍ）も変換
テーブルとして予めＲＯＭ等メモリに記憶させておき、
分配比（Ｑｈ／Ｑ）が決定されるとパルス数（Ｎｐ）が
設定され、パルス数（Ｎｐ）に基づいてステッピングモ
ータが駆動されて混合弁を移動させ、弁開度（Ｘｍ）を
調整するよう構成される。

【０００６】なお、分配比（Ｑｈ／Ｑ）は、図６の給水
管、熱交換器の出口側および給湯管にそれぞれ設けられ
た給水温度（Ｔｃ）センサ、熱交出口温度（Ｔｈ）セン
サおよび図示しない温度設定（Ｔｓ）部からの温度情報
に基づいて数１から算出される。

【０００７】

【数１】

【０００８】ステッピングモータの脱調検出は、給湯停
止時にステッピングモータを混合弁の全開位置または閉
結位置まで移動させる指令を発生し、全開位置または閉
結位置を検出する位置検出器（ホール素子等）からの出
力情報の有無により判定される。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】従来のミキシング式の
給湯装置は、混合弁を駆動するステッピングモータに位
置検出器（ホール素子等）を設け、混合弁の全開位置ま
たは閉結位置に対応するステッピングモータの位置を検
出するよう構成されるため、位置検出器を設置するため
の混合弁構造が複雑になったり、コストアップする課題
がある。

【００１０】また、位置検出器による脱調のチェックは
給湯停止時にのみ可能であり、給湯時に脱調が発生して
も位置検出器では検出できず、設定温度より高い（熱
い）、または設定温度より低い湯（冷たい）が供給され
る場合があったり、給湯停止時の脱調チェック中に給湯
を開始すると混合弁が最適な弁開度に設定されないため
給湯性が劣る課題がある。

【００１１】この発明はこのような課題を解決するため
なされたもので、その目的はステッピングモータの位置
検出器を設けず、熱交換器の出口温度と所定の目標温度
の偏差に基づいて給湯時にスッテッピングモータの脱調
や故障を検出して適切な給湯を行うことができる経済的
で使い勝手のよい給湯装置を提供することにある。

【００１２】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
この発明に係る給湯装置は、熱交換器の熱交出口温度と
予め設定された目標熱交出口温度との偏差に基づいて流
量制御弁の異常を判断する異常判定手段を備えたことを
特徴とする。

【００１３】また、異常判定手段は、熱交換器の熱交出
口温度と目標熱交出口温度との偏差が所定値を超えて所
定時間継続する場合、または偏差が所定値を超える回数
が所定回数に達する場合に異常判定情報を出力すること
を特徴とする。

【００１４】さらに、異常判定手段から出力される前記
異常判定情報に基づき、燃焼を停止する加熱停止制御手
段と、故障表示を行う表示手段とを備えたことを特徴と
する。

【００１５】

【作用】この発明に係る給湯装置は、熱交換器の熱交出
口温度と目標熱交出口温度との偏差に基づいて流量制御
弁の異常を判断する異常判定手段を備えたので、給湯時
に流量制御弁の異常を検出して加熱を停止して異常を表
示することができる。

【００１６】

【実施例】以下この発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図１はこの発明に係る給湯装置の全体構成図
である。図１において、給湯装置１は、熱交換器３に接
続される給水管２および給湯管６と、熱交換器３の出口
側、バイパス管５および給湯管６が接続され湯と水とを
混合して設定温度の湯を給湯管６に供給する流量制御弁
（混合弁）４と、電磁弁１０、ガス比例弁１１およびガ
スバーナ１２から構成される加熱部９と、給湯装置１全
体の制御や処理を行う制御手段８と、リモコン装置２０
とから構成する。

【００１７】また、給水管２には給水温度（Ｔｃ）セン
サ１４および流量（Ｑ）センサ１５、熱交換器３の出口
には熱交出口温度（Ｔｈ）センサ１６、給湯管６には給
湯温度（Ｔｍ）センサ１７、緊急停止弁７および給湯栓
１３をそれぞれ設ける。

【００１８】流量制御弁（混合弁）４は数１の分配比率
（Ｑｈ／Ｑ）となるよう混合弁を駆動するステッピング
モータ（Ｍ）４Ａを備え、ステッピングモータ（Ｍ）４
Ａは制御手段８から出力されるパルス駆動信号により駆
動される。

【００１９】制御手段８はマイクロプロセッサを基本に
構成し、異常検出手段３０、目標温度解除手段４１およ
び加熱制御手段５０等を備え、リモコン装置２０の温度
設定部２１に設定された設定温度（Ｔｓ）、給水温度
（Ｔｃ）、熱交出口温度（Ｔｈ）に基づいて流量（Ｑ）
に対する熱交側流量（Ｑｈ）の分配比（Ｑｈ／Ｑ）を演
算し、スッテッピングモータ（Ｍ）４Ａを駆動制御した
り、熱交出口温度（Ｔｈ）と予め設定された目標熱交出
口温度（Ｔｈｏ）の偏差を演算し、演算結果に基づいて
加熱部９、緊急停止弁７およびリモコン装置２０に設け
た表示手段２２を駆動制御するよう構成する。

【００２０】ここで、熱交出口温度Ｔｈによりステッピ
ングモータ（Ｍ）４Ａまたは流量制御弁（混合弁）４の
脱調や故障を検出できることを説明する。図２は流量制
御弁の弁開度（Ｘ）に対する分配比（Ｑｈ／Ｑ）の特性
図を示す。流量制御弁の弁開度（Ｘ）は図７のパルス数
（Ｎｐ）に対応した値であり、Ｘ＝１は熱交換器の出口
側（湯側）の弁開度が全開の状態、Ｘ＝０は熱交換器の
出口側（湯側）の弁開度が閉結の状態を表す。一方、数
１を変形して熱交出口温度Ｔｈに関する数２が求められ
る。

【００２１】

【数２】

【００２２】数２および図２の特性から熱交出口温度Ｔ
ｈを算出する。例えば、パルス数（Ｎｐ）に対応した流
量制御弁（混合弁）４の弁開度Ｘ＝０．５で、設定温度
Ｔｓ＝４０℃、給水温度Ｔｃ＝５℃とすると、数２よ
り、熱交出口温度Ｔｈ＝７５℃が得られて目標熱交出口
温度Ｔｈｏとほぼ等しい温度となり、温度偏差ΔＴ（Ｔ
ｈ−Ｔｈｏ）は０となる。

【００２３】しかし、ステッピングモータ（Ｍ）４Ａや
流量制御弁（混合弁）４の脱調や故障により、同一パル
ス数（Ｎｐ）が与えられても流量制御弁（混合弁）４の
弁開度がＸ＝０．５からＸ＝０．４やＸ＝０．６となっ
た場合、熱交出口温度はＴｈ＝９２．５℃やＴｈ＝６
３．３℃となり目標熱交出口温度Ｔｈｏ（７５℃）から
大幅に外れてしまうため、熱交出口温度Ｔｈを検出する
ことによりステッピングモータ（Ｍ）４Ａまたは流量制
御弁（混合弁）４の脱調や故障を検出することができ
る。

【００２４】図３はこの発明に係る給湯装置の制御手段
のブロック構成図である。図３において、制御手段８
は、熱量演算部２３、加熱制御部２４、異常判定手段３
０、目標温度設定手段４０、目標温度解除手段４１、混
合弁制御手段４２、加熱停止手段５０を備える。

【００２５】熱量演算部２３は、設定温度（Ｔｓ）情報
２１ａ、給水温度（Ｔｃ）情報１４ａおよび流量（Ｑ）
情報１５ａ、給湯温度（Ｔｍ）情報１７ａ、熱交出口温
度（Ｔｈ）情報１６ａおよび目標熱交出口温度（Ｔｈ
ｏ）情報４０ａに基づいて図１の給湯管６の給湯温度Ｔ
ｍを設定温度Ｔｓ、熱交出口温度Ｔｈを目標熱交出口温
度Ｔｈｏに保つよう補正熱量Ｆｏを演算し、補正熱量
（Ｆｏ）情報２３ａを出力する。

【００２６】加熱制御部２４は、熱量―弁開度変換部２
５、比例弁駆動部２６、電磁弁駆動部２７等を備え、熱
量―弁開度変換部２５で補正熱量Ｆｏを比例弁開度に変
換し、変換情報（Ｘ）２５ａを比例弁駆動部２６に送
り、比例弁駆動信号（Ｘｐ）２６ａを出力して図１のガ
ス比例弁１１を制御する。電磁弁駆動部２７は、図１の
給湯栓１３の開閉に伴い流量センサ１５が検出した流量
（Ｑ）情報１５ａに基づいて電磁弁１０を開閉したり、
加熱停止制御手段５０からの加熱停止情報５０ａに基づ
いて強制的に電磁弁１０を閉じるよう電磁弁駆動情報
（Ｘｄ）２７ａを出力する。

【００２７】目標温度設定手段４０は、予め設定された
目標熱交出口温度（Ｔｈｏ）をＲＯＭ等のメモリに記憶
し、目標熱交出口温度（Ｔｈｏ）情報４０ａを熱量演算
部２３、混合弁制御手段４２および異常判定手段３０に
出力する。また、目標温度設定手段４０は、目標温度解
除手段４１から温度解除情報（Ｍｋ）４１ａが提供され
る場合には目標熱交出口温度（Ｔｈｏ）情報４０ａの出
力を停止してリセット信号を出力するよう構成し、混合
弁制御手段４２および異常判定手段３０の動作を停止す
る。

【００２８】混合弁制御手段４２は、分配比演算部４
３、モータ駆動手段４４を備え、分配比演算部４３は設
定温度（Ｔｓ）情報２１ａ、給水温度（Ｔｃ）情報１４
ａおよび熱交出口温度（Ｔｈ）情報１６ａに基づいて数
１から分配比（Ｑｈ／Ｑ）を演算し、分配比情報４３ａ
をモータ駆動部４４に提供する。モータ駆動部４４は分
配比情報４３ａに対応したパルス（Ｎｐ）信号４４ａを
発生し、図１のステッピングモータ（Ｍ）４Ａを駆動制
御することにより流量制御弁（混合弁）４の弁開度を調
節し、給湯温度（Ｔｍ）が設定温度（Ｔｓ）となるよう
制御する。

【００２９】従って、ステッピングモータ（Ｍ）４Ａお
よび流量制御弁（混合弁）４に異常がない場合、熱交出
口温度Ｔｈが目標熱交出口温度Ｔｈｏと等しく、給湯温
度Ｔｍが設定温度Ｔｓとなるよう流量制御弁（混合弁）
４および加熱部９の燃焼が制御される。

【００３０】異常判定手段３０は、偏差演算手段３１、
比較手段３２、計時手段３３、計数手段３４を備え、目
標温度設定手段４０からの目標熱交出口温度（Ｔｈｏ）
情報４０ａと熱交出口温度（Ｔｈ）情報１６ａに基づい
てステッピングモータ（Ｍ）４Ａまたは流量制御弁（混
合弁）４の異常の判定を行う。

【００３１】偏差演算手段３１は熱交出口温度Ｔｈと目
標熱交出口温度Ｔｈｏの偏差を演算（Ｔｈ−Ｔｈｏ）
し、偏差（ΔＴ）情報３１ａを比較手段３２に提供す
る。比較手段３２は、予め設定された温度所定値（α
１、α２）を記憶するメモリ、コンパレータ等で構成
し、偏差（ΔＴ）と温度所定値（α１、α２）を比較
し、比較結果の大小に応じた比較情報３２ａ、３２ｂを
出力する。

【００３２】例えば、α１≦ΔＴ≦α２の場合には異常
なしと判定して比較情報３２ａ、３２ｂは両方共にＬレ
ベル（Ｌ、Ｌ）、ΔＴ＞α２の場合には流量制御弁（混
合弁）４が異常（熱交出口温度Ｔｈが高温）と判定して
比較情報３２ａはＨレベル、比較情報３２ｂはＬレベル
（Ｈ、Ｌ）、ΔＴ＜α１の場合には流量制御弁（混合
弁）４が異常（熱交出口温度Ｔｈが低温）と判定して比
較情報３２ａはＬレベル、比較情報３２ｂはＨレベル
（Ｌ、Ｈ）をそれぞれ出力する。

【００３３】計時手段３３はタイマ回路を備え、比較情
報３２ａ、３２ｂをトリガ（例えばＨレベル）として所
定時間τｏを計時し、Ｈレベルが所定時間τｏ継続する
場合に比較情報３２ａ、３２ｂそれぞれに対応したタイ
マ信号３３ａ、３３ｂ（例えばＨレベル）を出力する。
計数手段３４はカウンタを備え、計時手段３３と同様に
比較情報３２ａ、３２ｂのＨレベルの発生回数Ｎをカウ
ントし、発生回数Ｎが所定回数Ｎｋに達する場合にカウ
ンタ信号３４ａ、３４ｂ（例えばＨレベル）を出力す
る。また、計時手段３３および計数手段３４は、所定時
間τｏまたは所定回数Ｎｋに達した場合には出力をラッ
チ（例えばＨレベル）するよう構成する。なお、計時手
段３３および計数手段３４は、給湯停止時にリセットす
るよう構成する。

【００３４】また、計時手段３３および計数手段３４
は、偶然に発生する異常判定の条件ΔＴ＞α２、または
ΔＴ＜α１により異常判定手段３０が動作するのを避け
る目的と、図４の熱交出口温度の時間特性図に示すよう
な給湯開始から目標熱交出口温度Ｔｈｏまでの過渡現
象、または図５の熱交出口温度のハンチング特性図に示
すような設定温度Ｔｓや流量Ｑ変更に伴う現象を異常判
定しないために設けている。しかし、異常判定の条件Δ
Ｔ＞α２の場合にただちに異常と判定するよう構成する
こともできる。

【００３５】加算器（ＯＲ論理）３５は、計時手段３３
からのタイマ信号３３ａと計数手段３４からのカウンタ
信号３４ａを加算し、異常判定情報（Ｉｔ）３０ａを加
熱停止制御手段５０に提供する。加算器（ＯＲ論理）３
６は、計時手段３３からのタイマ信号３３ｂと計数手段
３４からのカウンタ信号３４ｂを加算し、異常解除情報
（Ｉｋ）３０ｂを目標温度解除手段４１に提供する。

【００３６】加熱停止制御手段５０は、異常判定情報
（Ｉｔ）３０ａが供給されると電磁弁駆動部２７へ電磁
弁停止信号５０ａを送り、電磁弁１０を強制的に閉結す
るよう制御する。また、異常判定情報（Ｉｔ）３０ａに
基づいて図１に示す緊急停止弁７を強制的に閉結するよ
う構成する。なお、異常判定情報（Ｉｔ）は、比較手段
３２から出力される比較情報３２ａを用いて構成し、Δ
Ｔ＞α２の場合に流量制御弁（混合弁）４が異常（熱交
出口温度Ｔｈが高温）と判定して比較情報３２ａをＨレ
ベルとして加熱停止制御手段５０へ供給し、電磁弁１０
および緊急停止弁７を強制的に閉結するよう制御するこ
ともできる。また、本実施例では異常判定時に緊急停止
弁７を用いて強制的に給湯を停止するよう構成している
が、緊急停止弁７を設けず電磁弁１０を強制的に閉結し
た後、利用者が給湯栓１３を停止するよう構成してもよ
い。

【００３７】リモコン装置２０に設けられた表示手段２
２は表示駆動回路を備え、異常判定情報（Ｉｔ）３０ａ
が供給されると流量制御弁（混合弁）４が異常である内
容を表示する。

【００３８】目標温度解除手段４１は、異常解除情報
（Ｉｋ）３０ｂが供給されると、給湯が停止されるまで
この異常解除情報（Ｉｋ）３０ｂをラッチし、温度解除
情報（Ｍｋ）４１ａを目標温度設定手段４０に提供して
目標熱交出口温度（Ｔｈｏ）の出力を禁止する。

【００３９】目標温度設定手段４０からの目標熱交出口
温度（Ｔｈｏ）が禁止されると、分配比演算部４３は分
配比（Ｑｈ／Ｑ）を１にして、流量制御弁（混合弁）４
を湯側全開に制御するように構成するか、流量制御弁
（混合弁）４が全開に制御できないような異常の場合に
はそのままの状態を保つよう構成する。流量制御弁（混
合弁）４を湯側全開に制御しても、熱交出口温度Ｔｈは
目標熱交出口温度Ｔｈｏ（例えば７５℃）より低下して
給湯温度Ｔｍと等しくなるので、流量制御弁（混合弁）
４の作用によるミキシング給湯の給湯性能（給湯開始か
らただちに設定温度Ｔｓの給湯可能）は損われるが、設
定温度Ｔｓで給湯を継続することができる。また、流量
制御弁（混合弁）４を湯側全開に制御できなくても、目
標熱交出口温度Ｔｈｏ（７５℃）より低い熱交出口温度
Ｔｈの湯と給水温度Ｔｃの水とを異常を発生した流量制
御弁（混合弁）４の弁開度で決められる割合で混合し、
熱量演算部２３へ給湯温度Ｔｍを入力して熱量を補正す
るため設定温度Ｔｓの湯を供給することができる。

【００４０】また、目標熱交出口温度（Ｔｈｏ）が禁止
されると、図示しないリセット信号を発生して異常判定
手段３０の動作を停止し、温度解除情報（Ｍｋ）４１ａ
が目標温度解除手段４１に供給されなくなるが、目標温
度解除手段４１は異常解除情報（Ｉｋ）３０ｂをラッチ
するため給湯中は混合弁制御手段４２の異常時動作が継
続されて給湯を継続することができる。

【００４１】このように、制御手段８は、熱交出口温度
Ｔｈと目標熱交出口温度Ｔｈｏの偏差ΔＴが所定の値α
２を超える（ΔＴ＞α２）場合、または超える時間が所
定時間τｏ継続する場合、または超える回数が所定回数
Ｎｋに達する場合には、電磁弁１０、および緊急停止弁
７を閉結して給湯を強制的に停止する。

【００４２】また、制御手段８は、熱交出口温度Ｔｈと
目標熱交出口温度Ｔｈｏの偏差ΔＴが所定の値α１を下
回る（ΔＴ＜α１）場合、または下回る時間が所定時間
τｏ継続する場合、または下回る回数が所定回数Ｎｋに
達する場合には、設定温度Ｔｓで給湯を継続することが
できる。

【００４３】実施例では流量制御弁４を混合弁で説明し
たが、分岐弁、またはバイパス弁で構成してもよく、ス
テッピングモータ４Ａの代りに直流モータ等で構成して
もよい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したようにこの発明に係る給湯
装置は、熱交出口温度Ｔｈに基づいて流量制御弁（混合
弁）の異常を判定する異常判定手段、加熱制御手段を備
えたので、熱交出口温度センサで検出した熱交出口温度
Ｔｈが目標温度設定手段に予め設定された目標熱交出口
温度Ｔｈｏより所定値を超える場合、加熱制御手段から
電磁弁駆動部を制御して強制的に電磁弁を閉じて給湯を
停止することができる。

【００４５】よって、ステッピングモータの位置検出器
を必要とせず、脱調等による流量制御弁（混合弁）の異
常に伴い高温の湯が給湯されたり、熱交出口温度が沸騰
したりすることを防止することができる。

【００４６】よって、安全性が高く、使い勝手のよい給
湯装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明に係る給湯装置の全体構成図

【図２】流量制御弁の弁開度（Ｘ）に対する分配比（Ｑ
ｈ／Ｑ）の特性図

【図３】この発明に係る給湯装置の制御手段のブロック
構成図

【図４】熱交出口温度の時間特性図

【図５】熱交出口温度のハンチング特性図

【図６】従来のミキシング式の給湯装置

【図７】ステッピングモータの駆動パルス数と分配比の
関係図

【符号の説明】

１ 給湯装置 ２ 給水管 ３ 熱交換器 ４ 流量制御弁（混合弁） ４Ａ ステッピングモータ ５ バイパス管 ６ 給湯管 ７ 緊急停止弁 ８ 制御手段 ９ 加熱部 １０ 電磁弁 １１ ガス比例弁 １４ 給水温度（Ｔｃ）センサ １５ 流量（Ｑ）センサ １６ 熱交温度（Ｔｈ）センサ １７ 給湯温度（Ｔｍ）センサ ２０ リモコン装置 ２１ 温度設定部 ２２ 表示手段 ２３ 熱量演算部 ２４ 加熱制御部 ３０ 異常判定手段 ３１ 偏差演算手段 ３２ 比較手段 ３３ 計時手段 ３４ 計数手段 ４０ 目標温度設定手段 ４１ 目標温度解除手段 ４２ 混合弁制御手段 ５０ 加熱停止手段

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 鶴田 透 兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号 日本ユプロ株式会社内 (72)発明者 宗村 浩 兵庫県神戸市東灘区魚崎浜町43番１号 日本ユプロ株式会社内 (56)参考文献 特開 平６−288634（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) F24H 1/10 302 F24H 1/10 301

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器をバイパスして給水管の分岐部
   と給湯管の合流部をバイパス管で結び、前記分岐部から
   前記合流部の間に前記熱交換器を通過する湯と前記バイ
   パス管を通過する水の流量を制御可能な流量制御弁を配
   設した給湯装置において、 前記熱交換器の熱交出口温度と予め設定された目標熱交
   出口温度との偏差に基づいて前記流量制御弁の異常を判
   定する異常判定手段を備えたことを特徴とする給湯装
   置。
2. 【請求項２】 前記異常判定手段は、前記熱交換器の熱
   交出口温度と目標熱交出口温度との偏差が所定値を超え
   て所定時間継続する場合、または前記偏差が前記所定値
   を超える回数が所定回数に達する場合に異常判定情報を
   出力することを特徴とする請求項１記載の給湯装置。
3. 【請求項３】 前記異常判定手段から出力される前記異
   常判定情報に基づき、燃焼を停止する加熱停止制御手段
   と、故障表示を行う表示手段とを備えたことを特徴とす
   る請求項１記載の給湯装置。