JP5145301B2 - 電気温水器における給湯制御装置 - Google Patents

Description

この発明は、シャワーなどに給湯する給湯温度が過大になることを防止し、高度の安全性を実現することができる電気温水器における給湯制御装置に関する。

電気温水器には、沸き上げた湯に水を混合して給湯する混合弁を組み合わせ、適温の湯をシャワーなどに給湯することがある。

混合弁は、制御回路と組み合わされており、制御回路は、混合弁からの給湯温度が、外部から設定する設定温度になるように混合弁を開閉制御する。このときの制御回路は、給湯温度が変動しないように、混合弁を速やかに駆動し、湯と水との混合比を適切に調節することができる。

かかる従来技術によるときは、電気温水器からの湯は、特に沸上げ後の初回の給湯の際などにおいて大量のエアを含むことがあり、そのときの混合弁は、混合比を安定に調節することができず、思わぬ高温の熱湯を給湯するおそれがあるという問題があった。

そこで、この発明の目的は、かかる従来技術の問題に鑑み、高温の熱湯を不用意にシャワーなどに給湯するおそれがなく、高度の安全性を容易に実現することができる電気温水器における給湯制御装置を提供することにある。

かかる目的を達成するためのこの発明の構成は、電気温水器からの湯に水を混合して給湯する混合弁と、混合弁を介して給湯温度を制御する制御回路とを備えてなり、制御回路は、給湯温度の安全制限値と、電気温水器の上部温度、下部温度とに基づいて湯と水との最大混合比を算出し、最大混合比を実現し得る混合弁の高温側の開度を最大混合比に対応する高温側の最大開度として見出し、混合弁の高温側の開度を最大開度以下に制限しながら給湯温度が設定温度になるように温度制御することをその要旨とする。

なお、制御回路は、給湯温度の安全制限値Ｔm 、電気温水器の上部温度Ｔ2 、下部温度Ｔ1 として最大混合比Ｍm ＝（Ｔm −Ｔ1 ）／（Ｔ2 −Ｔ1 ）を算出することができる。

また、制御回路は、電気温水器の下部温度Ｔ1 に代えて、下部温度Ｔ1 の最低値データに基づいて算出する水温Ｔw を使用することができる。

さらに、制御回路は、給湯停止中の給湯温度が許容制限値または安全制限値より高い状態が所定時間以上継続したことを検出すると、高温側の開度を全閉にし、低温側の開度を全開にして混合弁を低温側にリセットしてもよい。

かかる発明の構成によるときは、制御回路は、混合弁の高温側の開度を制限することにより、給湯温度を検出する温度センサが故障しても、混合弁を高温側に過大に駆動することがなく、高温の熱湯が不用意に給湯される事態を有効に防ぎ、高度の安全性を容易に実現することができる。

なお、制御回路は、給湯温度が安定するまで混合弁を低速駆動することにより、電気温水器からの湯にエアが混入して混合弁において湯と水との混合比を安定に調節することができないときであっても、給湯温度の変動を小さく抑えることができ、混合弁を介して高温の熱湯がシャワーなどに不用意に給湯されるおそれがない。ただし、制御回路は、前回の給湯終了からたとえば３時間の所定時間以上が経過していないこと、すなわち今回の給湯が電気温水器の沸上げ完了後の最初の給湯動作でないこと、または給湯温度の実測値が安定していることに基づいて給湯温度の安定を検出することができ、給湯温度の安定を検出すると、混合弁を通常の速度により高速駆動する。

また、制御回路は、給湯停止中の給湯温度が許容制限値より高いことを検出して混合弁を低温側にリセットすることにより、次回の給湯時に熱湯が出てしまうことを防止することができる。混合弁からの湯を検出する流量センサが故障した場合も全く同様である。なお、制御回路は、次回の給湯時において、混合弁を低温側から高温側に駆動し、給湯温度を円滑に設定温度に一致させることができる。ただし、制御回路は、混合弁の高温側の開度を全閉にし、低温側の開度を全開にすることにより、混合弁を低温側にリセットするものとする。

制御回路は、設定温度に許容値を加えて許容制限値を算出することにより、設定温度に従って許容制限値を適切に設定変更することができる。なお、このときの許容値は、たとえば１０℃程度に設定するのがよい。

また、制御回路は、給湯停止中の給湯温度が安全制限値より高いことを検出して混合弁を低温側にリセットし、次回の給湯時に熱湯が出てしまうことを一層有効に防止することができる。

全体ブロック系統図 混合弁の構成説明図 動作説明線図 プログラムフローチャート

以下、図面を以って発明の実施の形態を説明する。

電気温水器における給湯制御装置は、電気温水器１０に組み合わせる混合弁２１と、制御回路３１とを備えてなる（図１）。

電気温水器１０は、タンク１１の下部にヒータ１２を組み込んで形成されている。タンク１１の下部は、減圧弁１４を介して水道等の水源Ｗに接続されており、タンク１１の上部は、リリーフ弁１６、混合弁２１に分岐接続されている。なお、タンク１１の側面には、下部温度Ｔ1 、上部温度Ｔ2 を検出する温度センサ１３ａ、１３ａが付設されている。

混合弁２１は、周面に開口部２１ｃを形成する弁体２１ｂをハウジング２１ａに組み込んで構成されている（図２）。ただし、図２（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ同図（Ａ）のＸ−Ｘ線矢視相当の動作説明図である。ハウジング２１ａには、高温側のポート２１ａ1 、低温側のポート２１ａ2 、給湯側のポート２１ａ3 が形成されており、低温側のポート２１ａ2 には、逆止弁２１ｅが内装されている。弁体２１ｂは、ポート２１ａ1 、２１ａ2 、２１ａ3 の合流部分に回転自在に組み込まれており、ハウジング２１ａに搭載するたとえばステップモータ形の駆動モータ２１ｄに連結されている。

混合弁２１は、高温側のポート２１ａ1 が電気温水器１０の上部に接続されており（図１、図２）、逆止弁２１ｅを介して低温側のポート２１ａ2 が減圧弁１４の出口側に分岐接続されている。また、混合弁２１の給湯側のポート２１ａ3 は、蛇口Ａ1 付きの混合水栓Ａ、シャワーＢ1 用の混合水栓Ｂの各高温側に分岐接続されており、混合水栓Ａ、Ｂの低温側は、水源Ｗに接続されている。なお、混合弁２１の給湯側には、給湯側のポート２１ａ3 からの湯の流量Ｑを検出する流量センサ２３、給湯温度Ｔを検出する温度センサ２４が設けられている。

制御回路３１には、温度センサ１３ａ、１３ａからのタンク１１の下部温度Ｔ1 、上部温度Ｔ2 が入力され、流量センサ２３からの流量Ｑ、温度センサ２４からの給湯温度Ｔが入力されている。また、制御回路３１には、混合水栓Ａ、Ｂの近傍に配設するコントローラ３２からの設定温度Ｔs が併せ入力されており、制御回路３１の出力は、混合弁２１の駆動モータ２１ｄに接続されている。

混合弁２１は、駆動モータ２１ｄを介して弁体２１ｂを正逆に回転させることにより、開口部２１ｃを介して低温側のポート２１ａ2 、高温側のポート２１ａ1 を給湯側のポート２１ａ3 に連続的に連通させる（図２）。すなわち、混合弁２１は、弁体２１ｂを介し、低温側のポート２１ａ2 を全開にし、高温側のポート２１ａ1 を全閉にして高温側の開度θ＝０％を実現し（同図（Ｂ））、低温側のポート２１ａ2 を全閉にし、高温側のポート２１ａ1 を全開にして開度θ＝１００％を実現するまで（同図（Ｃ））、高温側の開度θを正逆に連続的に変化させることができる。

そこで、混合弁２１は、高温側の開度θに従って、電気温水器１０からの湯と水源Ｗからの水とを混合して任意の混合比Ｍを実現し（図３の曲線Ｑ1 、Ｑ2 …）、任意の給湯温度Ｔの湯を混合水栓Ａ、Ｂに給湯することができる。なお、曲線Ｑ1 、Ｑ2 …は、混合弁２１からの湯の流量Ｑ＝Ｑ1 、Ｑ2 …（ただし、Ｑ1 ＞Ｑ2 …）により、開度θに対する混合比Ｍが変化することを示している。

制御回路３１は、たとえば図４のプログラムフローチャートに従って動作する。

電源が投入されると、制御回路３１のプログラムが起動し、プログラムは、流量センサ２３からの流量Ｑ、温度センサ２４からの給湯温度Ｔと、タンク１１の下部温度Ｔ1 、上部温度Ｔ2 と、コントローラ３２からの設定温度Ｔs とを読み取る（図４のプログラムステップ（１）、以下、単に（１）のように記す）。次に、プログラムは、混合水栓Ａ、Ｂが全閉であり、流量Ｑ≦Ｑn であって給湯停止中であることを確認すると（２）、給湯温度Ｔの許容制限値Ｔc ＝Ｔs ＋Ｔa を算出する（９）。ただし、Ｑn ＞０は、混合弁２１が正常に作動し得る流量Ｑの最小値であり、Ｔa は、たとえば１０℃程度の許容値である。つづいて、プログラムは、Ｔ＞Ｔc またはＴ＞Ｔm のいずれかの状態がたとえば５秒程度の所定時間以上継続したことにより（（１０）〜（１２））、混合弁２１を低温側にリセットして待機する（（１３）、（１）、（２）…（１３））。ただし、Ｔm は、給湯温度Ｔの安全制限値であり、Ｔm ≒６０℃に設定するものとする。

すなわち、制御回路３１は、設定温度Ｔs に許容値Ｔa を加えて許容制限値Ｔc を算出し（９）、給湯停止中の給湯温度Ｔが許容制限値Ｔc より高いこと、給湯停止中の給湯温度Ｔが安全制限値Ｔm より高いことのいずれかを検出して混合弁２１を低温側にリセットし（（１０）〜（１３））、混合弁２１を高温側の開度θ＝０％に駆動することができる。ただし、図４において、プログラムステップ（１０）、（１１）は、その実行順序を入れ換えてもよいものとする。

混合水栓Ａ、Ｂの一方または双方が開かれ、混合弁２１からの流量Ｑ＞Ｑn になると、プログラムは、給湯が開始されたことを検出し（２）、前回の給湯終了からたとえば３時間の所定時間以上が経過しているか否かを判別する（３）。前回の給湯終了から所定時間以上経過していると（３）、プログラムは、給湯温度Ｔが十分に安定していない限り（４）、混合弁２１の駆動速度を強制的に低速モードにセットする（５）。前回の給湯終了から所定時間以上経過しておらず（３）、または給湯温度Ｔが十分安定していることが確認されると（４）、プログラムは、混合弁２１を通常モードにセットする（６）。なお、制御回路３１は、低速モードにおいて、混合弁２１の駆動モータ２１ｄの駆動速度を通常モードの数分の１相当、たとえば１／２相当にまで低下させるものとする。

つづいて、プログラムは、次の手順に従って混合弁２１の高温側の最大開度θm を算出する（７）。すなわち、安全制限値Ｔm と、タンク１１の下部温度Ｔ1 、上部温度Ｔ2 とに基づいて最大混合比Ｍm ＝（Ｔm −Ｔ1 ）／（Ｔ2 −Ｔ1 ）を算出し、図３の安全曲線Ｆに従って、最大混合比Ｍm に対応する高温側の最大開度θm ＝ｆ（Ｍm ）を見出す。ただし、図３において、安全曲線Ｆは、流量Ｑに拘らず、最大混合比Ｍm を実現し得る混合弁２１の高温側の開度θを十分な安全裕度を見込んでプロットしたものである。なお、最大混合比Ｍm を算出するに際し、下部温度Ｔ1 に代えて、たとえば下部温度Ｔ1 の過去数日間の最低値データに基づいて算出される水温Ｔw を使用してもよい。

その後、プログラムは、混合弁２１を高温側、低温側に駆動して給湯温度Ｔが設定温度Ｔs になるように温度制御する（８）。ただし、このときのプログラムは、混合弁２１の高温側の開度θ≦θm に制限するとともに、駆動モータ２１ｄの駆動速度を低速モード、通常モードに従って切り換えるものとする。すなわち、制御回路３１は、安全制限値Ｔm に基づいて混合弁２１の高温側の開度θを制限することができる。なお、このときの温度制御は、給湯温度Ｔ、設定温度Ｔs による一般的なクローズドループ制御としてもよいが、混合比Ｍ＝（Ｔs −Ｔ1 ）／（Ｔ2 −Ｔ1 ）を算出し、高温側の開度θ＝ｇ（Ｑ、Ｍ）を実現するオープンループ制御としてもよい。ただし、θ＝ｇ（Ｑ、Ｍ）は、図３の曲線Ｑ1 、Ｑ2 …によって示される混合弁２１の混合特性である。プログラムは、給湯が継続される限り、プログラムステップ（（８）、（１）、（２）…（８））を繰り返す。

なお、プログラムは、今回の給湯が前回の給湯終了から所定時間以上経過していないこと（３）、すなわち今回の給湯が沸上げ後の最初の給湯動作でないこと、または給湯温度Ｔが十分安定していることを条件にして（４）、混合弁２１を通常モードに切り換える（６）。ただし、給湯温度Ｔの安定は、給湯温度Ｔの実測値により判定する他、給湯開始後、十分な時間が経過したことにより判定してもよい。その後、制御回路３１は、混合弁２１を高温側または低温側に高速駆動し（８）、給湯温度Ｔの制御性を向上させることができる。

以上の説明において、混合弁２１は、図２に示す他、逆止弁２１ｅを内蔵しないものを含む任意の形式を使用することができる。また、流量センサ２３は、流量Ｑ＞Ｑn を検出するオンオフセンサであってもよく、このときのプログラムは、プログラムステップ（８）において、クローズドループ制御による温度制御を実行する。なお、図４において、混合弁２１を低速モードに設定する条件は、プログラムステップ（３）のみとしてもよい。

また、図４において、プログラムステップ（９）〜（１３）の全部を削除してもよく、プログラムステップ（３）〜（７）の全部を削除してもよい。また、後者の場合、プログラムステップ（１０）、（１１）の一方を削除してもよい。

この発明は、電気温水器からの湯に水を混合して適温の湯を給湯する場合に適用することができる。

Ｔ…給湯温度
Ｔs …設定温度
Ｔm …安全制限値
Ｔ1 …下部温度
Ｔ2 …上部温度
Ｍm …最大混合比
θ…開度
θm …最大開度
１０…電気温水器
２１…混合弁
３１…制御回路

特許出願人 タカラスタンダード株式会社
代理人 弁理士 松 田 忠 秋

Claims (4)

1. 電気温水器からの湯に水を混合して給湯する混合弁と、該混合弁を介して給湯温度を制御する制御回路とを備えてなり、該制御回路は、給湯温度の安全制限値と、電気温水器の上部温度、下部温度とに基づいて湯と水との最大混合比を算出し、最大混合比を実現し得る前記混合弁の高温側の開度を最大混合比に対応する高温側の最大開度として見出し、前記混合弁の高温側の開度を最大開度以下に制限しながら給湯温度が設定温度になるように温度制御することを特徴とする電気温水器における給湯制御装置。
2. 前記制御回路は、給湯温度の安全制限値Ｔm 、電気温水器の上部温度Ｔ2 、下部温度Ｔ1 として最大混合比Ｍm ＝（Ｔm −Ｔ1 ）／（Ｔ2 −Ｔ1 ）を算出することを特徴とする請求項１記載の電気温水器における給湯制御装置。
3. 前記制御回路は、電気温水器の下部温度Ｔ1 に代えて、下部温度Ｔ1 の最低値データに基づいて算出する水温Ｔw を使用することを特徴とする請求項２記載の電気温水器における給湯制御装置。
4. 前記制御回路は、給湯停止中の給湯温度が許容制限値または安全制限値より高い状態が所定時間以上継続したことを検出すると、高温側の開度を全閉にし、低温側の開度を全開にして前記混合弁を低温側にリセットすることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか記載の電気温水器における給湯制御装置。

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