JPH0712840Y2 - 給湯器等の混合出湯温制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 （産業上の利用分野） 本考案は、給湯器等の混合出湯温制御装置に関するもの
であり、特に大能力の使用と小能力の使用がいずれも可
能である混合出湯温制御装置に関するものである。

（従来の技術） 風呂等の給湯器に採用される混合出湯温制御装置は、熱
交換器を通る加熱路と、熱交換器と並列のバイパス路を
併有し、加熱路によって作られた高温湯とバイパス路を
流れる常温水を適当な比率で混合する構成のものが広く
採用されている。

そして従来の混合出湯温制御装置における出湯温度の制
御は、次の様に行われる。

すなわち熱交換器を加熱するバーナーにはガスの供給量
を調整する比例弁が設けられている。そして、加熱路を
流れる水量と、入水温度を基にして、比例弁が制御さ
れ、加熱路で作られる高温の湯の温度を、一定の温度に
保持する。

一方バイパス路には、流量調節弁が設けられており、バ
イパス路を流れる常温水の量を調節することができる。
そして、高温の湯と常温水を混合した後の混合出湯温度
を測定し、この温度を流量調節弁にフイードバックし
て、混合出湯温度を一定値に保つ。

（考案が解決しようとする問題点） 従来技術の混合出湯温制御装置は、通常使用する温度域
の湯を効率的に出湯させることができるものであり好ま
しい構成である。しかし、従来技術の混合出湯温制御装
置は、幅広い温度域の湯を、用途に応じた量だけ出湯さ
せる機能と言う点で、まだまだ改良すべき点が有った。

すなわち、シャワー等の給湯器は、使用者の好みに合わ
せて、出湯量や温度が自由に設定できることが好まし
い。そのためこれらの用途に採用される混合出湯温制御
装置は、大能力の使用だけでなく、小能力での使用も可
能であることが要求される。

従来技術の混合出湯温制御装置は、その発熱能力を最高
に発揮する大能力の使用を行う場合には、特に大きな問
題は生じない。しかし、たとえば、温度の低い湯を、僅
かな出湯量で出湯させたいときは、従来技術の混合出湯
温制御装置では対応することができなかった。つまり、
出湯量が少ないときは、バイパス路を流れる常温水が少
なくならざるを得ず、高温の湯と混合した時に、希望す
る温度まで出湯の温度を低下させる事ができない。

そこで、このような小能力での使用を行う場合は、バー
ナーの熱量自体を出湯温度に基づいて制御し、高温湯の
温度を低下させる方策が考えられる。より具体的には、
出湯温度を検知し、これを比例弁にフィードバックする
構成が考えられる。

この方策は、一見合理的に思えるが、出湯の温度や量が
不安定になりやすい致命的な欠点があった。また混合出
湯温度が設定温度に一致するのに時間がかかる問題点が
あった。

すなわち出湯の温度をバイパス弁の開度とバーナーの熱
量の双方で制御するものであるから、混合出湯温度が設
定温度に達する時に、どうしてもオーバーシュートして
しまう。そしてこのオーバーシュートを修正するため
に、バイパス弁と比例弁が常時動作し、水量や出湯温度
が乱高下する。またオーバーシュートの量は、入水温度
や量によって変化するため、甚だしい場合は、設定温度
に収束せず発散してしまうこともある。

このような水量等の乱れや発散は、特に使用中に設定温
度や水量を変化させた場合に多く発生する。

そこで本考案は、大能力の使用だけでなく、小能力での
使用も可能であり、いずれの場合でも温度や水量が安定
しており、使い勝手のよい混合出湯温制御装置を提供す
る事を目的とする。

（問題点を解決するための手段） そして、上記した目的を達成するための本考案の特徴
は、入水路を熱交換器を有する湯側回路と水側バイパス
回路とに分岐し、高温の湯と水とを混合して設定温度の
湯を出湯する給湯器等の混合出湯温制御装置において、
入水の温度を測定する入水サーミスタを有し、湯側回路
には水量センサを設け、水側バイパス回路に水量調節弁
を配し、熱交換器を加熱する熱量を調整する比例弁を有
すると共に、これらを制御する制御回路には湯側回路へ
の入水量と入水温度とを入力とし、湯側回路の熱交換器
から出る高温の湯の温度を所定の温度に保つと共に前記
高温の湯の温度を算出する比例弁フィードフォワード制
御回路と、混合出湯温度を入力とする比例弁フィードバ
ック制御回路と、混合出湯温度を入力とする水量調節弁
フィードバック制御回路を有すると共に、水量調節弁が
限界開度の時は、比例弁フィードフォワード制御回路と
水量調節弁フィードバック制御回路によって混合出湯温
度が制御される状態から、比例弁フィードバック制御回
路によって混合出湯温度が制御される状態に切り換えら
れ、また比例弁フィードフォワード制御回路によって算
出された湯側回路の高温の湯の温度が前記所定の温度に
なる時に前記した比例弁フィードバック制御回路によっ
て混合出湯温度が制御される状態から比例弁フィードフ
ォワード制御回路と水量調節弁フィードバック制御回路
によって混合出湯温度が制御される状態に切り換えられ
る制御切り換え回路を有する給湯器等の混合出湯温制御
装置にある。

（作用） 本考案の混合出湯温制御装置を大能力で使用する場合
は、従来技術と同様に、高温湯の温度が、フィードフォ
ワード制御され、例えば80℃と言う様な所定の温度に保
持される。そして、混合出湯温度が水量調節弁にフィー
ドバックされ、水量調節弁の開度を調整することによっ
て、混合出湯温度が設定温度に一致される。

次に、大能力で使用している状態から設定温度を低い方
向に変化させると、まず水量調節弁が出湯温度を設定温
度に一致させるために、開く方向に動作する。そして遂
には最大の開度になる。水量調節弁が最大の開度になっ
たとき、制御回路内の制御切り換え回路が作動し、比例
弁フィードフォワード制御回路と水量調節弁フィードバ
ック制御回路の働きを停止し、代わって比例弁フィード
バック制御回路を動作させる。そしてその後は、比例弁
フィードバック制御回路単独で、混合出湯温度と、設定
温度が比較され、比例弁が絞られてバーナーの発熱量が
下げられる。すると高温湯の温度が降下し、混合出湯温
度が設定温度と一致する。

これらの一連の制御回路の動作は、大能力で使用してい
る状態から水量を絞った場合でも全く同一である。すな
わち、水量を絞ると、バイパス路を流れる水量が低下す
るので、出湯温度が上昇しようとする。そしてこれを阻
止するために水量調節弁が開く方向に動作し、最大の開
度になって制御回路が切り換えられる。

本考案では、水量調節弁が最大の開度になり、制御回路
内の制御切り換え回路が作動した後は、出湯温度の制御
は比例弁フィードバック制御回路単独で行われるので、
出湯温度が、設定温度に近づいた時に、出湯温度が設定
温度よりもなお低くなってしまうと言うようなオーバー
シュートが発生しにくい。

前記の説明とは逆に、少ない出湯量で、かつ低い設定温
度で使用している場合に、設定温度を上昇させた場合
は、前記とは全く逆のコースで出湯温度が設定温度に一
致される。具体的には、小能力で使用している場合は、
比例弁フィードバック制御回路で比例弁が制御されてい
るので、設定温度を上昇させると、比例弁が開く方向に
動作され、バーナーの発熱量が増大して高温湯の温度が
上昇する。そして高温湯の温度が80℃等の所定の温度に
なるとき、比例弁フィードバック制御回路によって混合
出湯温度が制御される状態から本来の比例弁フィードフ
ォワード制御回路と水量調節弁フィードバック制御回路
によって混合出湯温度が制御される状態に切り換えられ
る。

（実施例） 以下、本考案を図例に基づき具体的に説明する。

第１図は本考案に係る給湯器等の混合出湯温制御装置の
構成図、第２図は本考案に係る給湯器等の混合出湯温制
御装置の制御内容のフローチャートである。第１図にお
いて、（１）は入水路、（２）は湯側回路、（３）は水
側バイパス回路、（４）は水側バイパス回路（３）分岐
後の入水路（１）に設けられるガバナ、（５）は水量セ
ンサ、（６）は入水サーミスタである。（７）は熱交換
器、（９）はバーナ、（10）はガス比例弁である。（1
1）は水側バイパス回路（３）に設けられるオリフィス
逆止弁、（12）は水量調節弁であり、（13）は水量調節
弁（12）駆動用のサーボモータである。（14）は混合出
湯温度を検出するミキシングサーミスタで、出湯路（1
5）に配されている。（16）は制御回路で、（17）は比
例弁フィードフォワード制御回路、（18）は比例弁フィ
ードバック制御回路、（19）は水量調節弁フィードバッ
ク制御回路、（20）は制御切換回路である。

上記の構成において、大能力使用の定常状態では、湯側
温度が所定の高温（例えば80℃）になるように、水量セ
ンサ（５）及び入水サーミスタ（６）の出力に基づいて
制御回路（16）の比例弁フィードフォワード制御回路
（17）によってガス比例弁（10）の開度が制御される。
また混合出湯温度を設定温度にするためにミキシングサ
ーミスタ（14）の出力に基づいて水量調節弁フィードバ
ック制御回路（19）が水量調節弁（12）の開度を制御す
る。大能力使用から小能力使用に切り換えると、バーナ
（９）の出力が出湯量に対して過大になり、一時的に混
合出湯温度が設定温度よりも高温になる。そこで、水量
調節弁フィードバック制御回路（19）によって水量調節
弁（12）の開弁量が増大され、混合出湯温度が設定温度
に近付けられることになる。水量調節弁（12）が最大開
度になった状態（例えばリミッタにより検知）で混合出
湯温度がなお設定温度よりも高い場合には、制御切換回
路（20）が作動して、水量調節弁（12）を全開にしたま
ま水量調節弁（12）のフィードバック制御を停止させ、
代わりに混合出湯温度をフィードバックして比例弁フィ
ードバック制御回路（18）によりバーナ出力が減少され
る。これにより、混合出湯温度が設定温度まで降温され
る。次に小能力使用から大能力使用に切り換えると、比
例弁フィードバック制御回路（18）によってガス比例弁
（10）の開度が増大される。これにより、湯側温度が所
定の高温（例えば80℃）まで上昇すると、大能力定常状
態の湯側温度制御との連続性を維持するために、及び安
全のために湯側温度をこれ以上上昇させないことが好ま
しい。そこで、湯側温度が所定の高温（比例弁フィード
フォワード制御回路（17）によって算出）まで上昇する
と、制御切換回路（20）によって比例弁フィードバック
制御回路（18）の作動を停止させ、代わりに水量調節弁
フィードバック制御回路（19）を作動させ、水量調節弁
（12）の開度を絞って混合出湯温度を設定温度まで上昇
させる。

〔考案の効果〕

以上のように、本考案によれば、低設定温度、小流量等
の使用を希望するとき、バーナの出力を小さく絞って混
合出湯温を設定温度まで低下させることができる。そし
て、このような小能力使用を行うときは、水量調節弁の
開度が限界開度の時に、通常の比例弁フィードフォワー
ド制御回路と水量調節弁フィードバック制御回路による
制御から比例弁フィードバック制御回路による制御に切
り換えられる。両制御の切り換えは、水量調節弁の開度
の限界をキーとして行われるので非常にスムーズであ
る。また、切り換え後は比例弁フィードバック制御回路
によって出湯温度が制御されるので、出湯温度のオーバ
ーシュートが少なく、出湯温度が安定する効果がある。

逆に小能力の使用状態から大能力の使用状態に変更した
ときは、高温湯の温度が一定になる時をキーにして制御
回路を切り換えるため、この場合の切り換えもやはりス
ムーズである。

しかがって本考案の給湯器等の混合出湯温制御装置は、
いずれの使用状態から設定温度や水量を大きく変化させ
た場合でも、制御回路がスムーズに切り換えられ、出湯
温度がオーバーシュートすることなく、設定温度に早く
一致する。また一致した後の出湯温度と出湯量は安定で
ある効果がある。

そのため本考案の給湯器等の混合出湯温制御装置は使い
勝手がすこぶるよいという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例の構成図、第２図は本考案に
係る給湯器等の混合出湯温制御装置の制御内容のフロー
チャートである。 （１）……入水路 （２）……湯側回路 （３）……水側バイパス回路 （５）……水量センサ （６）……入水サーミスタ （７）……熱交換器 （12）……水量調節弁 （14）……ミキシングサーミスタ （16）……制御回路 （17）……比例弁フィードフォワード制御回路 （18）……比例弁フィードバック制御回路 （19）……水量調節弁フィードバック制御回路 （20）……制御切換回路

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】入水路を熱交換器を有する湯側回路と水側
   バイパス回路とに分岐し、高温の湯と水とを混合して設
   定温度の湯を出湯する給湯器等の混合出湯温制御装置に
   おいて、入水の温度を測定する入水サーミスタを有し、
   湯側回路には水量センサを設け、水側バイパス回路に水
   量調節弁を配し、熱交換器を加熱する熱量を調整する比
   例弁を有すると共に、これらを制御する制御回路には湯
   側回路への入水量と入水温度とを入力とし、湯側回路の
   熱交換器から出る高温の湯の温度を所定の温度に保つと
   共に前記高温の湯の温度を算出する比例弁フィードフォ
   ワード制御回路と、混合出湯温度を入力とする比例弁フ
   ィードバック制御回路と、混合出湯温度を入力とする水
   量調節弁フィードバック制御回路を有すると共に、水量
   調節弁が限界開度の時は、比例弁フィードフォワード制
   御回路と水量調節弁フィードバック制御回路によって混
   合出湯温度が制御される状態から、比例弁フィードバッ
   ク制御回路によって混合出湯温度が制御される状態に切
   り換えられ、また比例弁フィードフォワード制御回路に
   よって算出された湯側回路の高温の湯の温度が前記所定
   の温度になる時に前記した比例弁フィードバック制御回
   路によって混合出湯温度が制御される状態から比例弁フ
   ィードフォワード制御回路と水量調節弁フィードバック
   制御回路によって混合出湯温度が制御される状態に切り
   換えられる制御切り換え回路を有することを特徴とする
   給湯器等の混合出湯温制御装置。