JPH0792232B2 - 給湯システム用流量取込み方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、給湯システム用の流量取込み方法に関し、特
に、単一の熱交換器から風呂桶への湯張り用等の相対的
に高温の湯と、炊事や皿洗いに使うような相対的に低温
の湯をそれぞれの出湯系統別に単独で出湯可能な外、高
温出湯中、低温出湯口が開かれた場合には、熱交換器を
介する高温の湯を、熱交換器を介さない別途なバイパス
水路を介して送給されてくる水と混合栓にて所定の割り
合いで混合することにより、低温出湯も同時に可能とし
た給湯システムにおいて、それぞれの場合に必要な燃焼
量演算のため、少なくとも熱交換器を通過する流量と、
低温出湯口から出湯される流量とを測定し、制御装置内
に取込むに際しての改良に関する。

［従来の技術］ 上記のように、熱交換器は一つしか用いなくとも、高低
両温度の湯を二系統に分配供給し得る給湯システムは、
本出願人においてすでに開発の運びとなっている。

そこで、こうした給湯システムの概略構成を比較的基本
的な形態で第３図に示し、説明すると、入水口12から流
入した水は、まず、本水路13とバイパス水路14とに分岐
される。

本水路13は熱交換器15内を通り、その後に第一分岐水路
16と第二分岐水路17に分かたれる。

第一分岐水路16は止水栓18を介し、風呂桶への給湯口
等、一般に45℃から60℃以上までに及ぶ相対的に高温の
湯が望まれる高温出湯口19に接続され、第二分岐水路17
は、後述のようにして制御装置11により、バイパス水路
14中を流れてくる水との混合比を制御する混合栓20に接
続される。

混合栓20の出力は、図示していないが通常の蛇口等、弁
開度の調節をも含め、使用者の開閉操作に任される低温
出湯口21に与えられる。

この低温出湯口21からの出湯に要求される温度は、特殊
な場合、高温出湯口19に要求されると同程度の温度とな
ることもあるが、通常は高くても40℃未満、一般には30
数℃オーダとなる。

もちろん、図中ではこの低温出湯系統に関し、一系統し
か示していないが、一般に混合栓20の出力系統は複数の
蛇口に分配される。

本水路13が通っている熱交換器15を加熱するための燃焼
部はバーナ26を有し、ここで燃やされる燃料には石油、
ガス等がある。

説明の便宜のため、また実際に本出願人が開発している
製品に即し、燃料としてはガスを例に採ると、高温出湯
口19からも低温出湯口21からも出湯が要求されていない
ときには、当然、燃焼制御装置11は一般にガス比例弁と
呼ばれているガス量調節弁22を全閉とする外、単にガス
供給路の開放や遮断のみのために設けられているガス電
磁弁23も全閉とし、また、燃焼部に適当量の空気を送給
するファン・モータ24も停止させている。

ただし、装置によっては、ガス比例弁22がガス電磁弁の
持つ燃料供給路の開閉機能を兼有することにより、ガス
電磁弁23を省略したものもあるし、送給空気量調節のた
め、さらに空気量調節弁を有するものもある。

燃焼制御装置11はマイクロ・コンピュータ（図示せず）
を内蔵しているが、同様に図示しない本システムの操作
盤、特に燃焼部とは離れた個所に設けられ、制御装置11
とは有線連絡されたリモートユニットに備えられている
操作盤には、使用者が風呂桶に湯を張る指令を出すため
の湯張りスイッチ、当該湯張り温度を設定するための温
度設定摘み、通常の蛇口等の低温出湯口に備えられてい
る弁を開いた場合に出湯される出湯温を設定する温度設
定摘み等が備えられ、これらの操作に基づき、そしてま
た本発明に関与する少なくとも二つの流量センサ25,29
からの流量検出信号や、各温度センサ27,28等の各検出
データに基づき、制御装置11内のマイクロ・コンピュー
タは各制御データを作成し、適当なるインターフェイス
回路を介して図示の各機構部を制御する。

例えば、システムの運転スイッチ（図示せず）が投入さ
れているとき、使用者が低温出湯口21に備えられている
蛇口等を開き、これにより、一般に水道源から供給され
る水が入水口12入から流入し、熱交換器15を介して流し
始めたとすると、この流路中にあり、それまでは水流停
止信号を発していた熱交換器通水量センサ25は、水流が
生じたことを表す信号を制御装置11に送る。

これを受けた制御装置11は、まず混合栓20に作用し、上
記の燃焼停止ないし燃焼待機状態にあってバイパス水路
14の側も第二分岐水路17の側も共に全開としていた混合
栓20の弁手段を動かして、バイパス水路14側を遮断す
る。

次いで、上記のように熱交換器15中を流れ始めた水量
が、熱交換器15に対する最小熱量供給時、すなわちバー
ナ26における最小安定燃焼状態でも低温出湯口21からの
出湯温を設定温度に維持し得る流量になったことが熱交
換器通水量センサ25により検出されると、制御装置11は
ガス電磁弁23を開いた上で、ガス比例弁22に所定量の開
度を与える信号を、またファン・モータ24に所定回転数
を与える信号を送出して、燃焼部での着火以降、低温動
作モードに入り、熱交換器15の出力に備えられているサ
ーミスタ等の出湯温検出センサ27が検出する温度が、で
きるだけ使用者により設定されている低温側設定温にな
るよう、バーナ26を含む燃焼部を制御する。

一方、燃焼停止ないし待機状態から、図示されていない
リモートユニットにおいて使用者が湯張りスイッチを操
作したとすると、制御装置11はまず高温出湯口19側の止
水栓18を開き、これにより所定量の水流が熱交換器15内
に生じ始めたことを熱交換器通水量センサ25で確認した
後、ガス電磁弁23を全開とし、ガス比例弁22に所定量の
開度を与える信号を、またファン・モータ24には所定回
転数を与える信号を送出して、燃焼部での着火以降、高
温動作モードに入る。

この高温動作モードでも、制御装置11は、熱交換器15の
出力に備えられているサーミスタ等の出湯温検出センサ
27が検出する温度が使用者により設定されている湯張り
設定温（高温側設定温）にできるだけ近くなるようにバ
ーナ26を含む燃焼部を制御する。

この湯張りはまた、風呂桶の大きさに合せて設定してあ
る所定の総流量値に至ったとき、自動的に停止される
が、これに際しても、熱交換器通水量センサ25は、通水
開始時からの積算流量を制御装置11において把握するの
に利用される。

さらに、上記のような低温、高温各単独での出湯動作に
加え、高温単独出湯中、使用者が低温出湯口21側に備え
られている弁（蛇口等）を開いた場合には、次のような
メカニズムにより、この第３図示のシステムは高低両温
度の同時出湯モードに入る。

高温出湯中に低温出湯口21の弁が開かれると、熱交換器
15からの当該高温湯は第二の分岐水路17を介し混合栓20
に流れ込み、ここでバイパス水路14を介して送られてく
る水と混合された後、低温出湯口21からも流出し始め
る。

これにより、混合栓20と低温出湯口21の間に設けられて
いる低温側通水量センサ29が所定の流量値以上の流量を
検出すると、制御装置11は、熱交換器15の出力における
湯温自体は既述した高温出湯口19のみからの単独出湯時
と同様に、当該高温側設定温度を維持するべく、燃焼部
を高温動作モードで制御しながら、併せて混合栓20の弁
開度を制御し、熱交換器通水量センサ25により検出され
る当該熱交換器15側を通る通水量や、低温側通水量セン
サ29により検出される低温出湯口21からの出湯量、さら
には当該低温側出湯口21から実際に出湯されている湯温
を検出する低温側出湯温センサ28からの取込み温度デー
タ等に基き、実際の出湯温度が使用者の設定している低
温側設定温に極力等しくなるように、第二分岐水路17中
の高温の湯とバイパス水路14を介して送られてくる冷水
との混合比を制御する。

［発明が解決しようとする問題点］ 以上、これまでに開発されている高低両温度の同時出湯
モードを有する給湯システムの基本的な構成と動作例に
つき述べたが、本発明において改良の対象とすべき問題
意識を持ったのは、複数の流量センサ（例えば第３図中
における熱交換器通水量センサ25と低温出湯口21の側へ
の通水量を検出する通水量センサ29）からの信号の取込
みである。

一般にこの種の流量センサには、流量対パルス周波数変
換型のもの、つまり、流量を測定すべき水路内にアクチ
ュエータ部分を挿入し、流れる水ないし湯により、当該
アクチュエータ部分が１回転する間に例えば２パルスが
生ずるといったタイプのものが使用される。

したがって、当該水路部分の断面積は当然、設計的に既
知であるから、一定時間あたりに何パルスが生じたか、
あるいは逆に、所定の数のパルスが生ずるのにどの位の
時間が掛かったかを測定回路で測定すれば、そうした測
定パルス数または測定時間は、直接に当該水路中を流れ
る流体流量に比例するものとなる。

しかるに、本発明以前においては、本出願人は既述のよ
うに、システム自体としては優れている第３図示のよう
な給湯システムを構築したものの、各流量センサ25,29
には当初、制御装置11内にて専用の測定回路を付してい
た。

そこで本発明は、このことを無駄と考え、第３図示のよ
うに複数の流量センサを必要とする給湯システムにおい
て、一つの測定回路でも、これら全ての流量センサの出
力信号を測定処理できるような信号取込み方法を提供せ
んとしたものである。

［問題点を解決するための手段］ 本発明は上記目的を達成するため、既述したような給湯
システムにおいて複数個用いられる流量センサの中、最
低、これらは必要になる熱交換器の通水量センサと、混
合栓から低温出湯口への途中の流路に備えられた通水量
センサに関し、それら各々の出力信号を交互に切換えて
単一の流量測定回路に送出するようにした。

そしてこの切換えは、一方の通水量センサの出力信号を
確実に読取った後、あるいは最小流量以上の有意流量値
信号が読取られなかった後に、測定回路側からの指令に
基づいて行なわれるようにした。

［作用］ 本発明は上記のように構成されているので、切換えを十
分に高速に行なえば、測定回路は一つしか用いなくて
も、両センサに関し、ほとんど実時間に等しい感覚でそ
の出力信号に基づく流量測定をなすことができる。

もちろん、各センサからの信号の解析に要する最小時間
の間は、一つのセンサあたり、継続してその信号を取込
むが、一方で最小流量時に得られる信号の態様はあらか
じめ知ることができるので、当該最小流量値以上の有意
流量値が検出し得ないことも知ることができ、したがっ
てこの場合には、直ちにもう一方の流量センサの方から
信号を取込むことで、時間の無駄はさらになくなる。

［実施例］ 以下、第1,2図を挙げ、本発明を先に第３図に即して説
明した給湯システムに適用した場合の動作例につき説明
する。したがって当然、本説明中で必要に応じ援用する
各部の符号等は、当該第３図中に付した符号を用いる。

第１図は二つの流量センサ、特に第３図示の熱交換器通
水量センサ25と低温側出湯口への通水量センサ29からの
各流量検出信号P₁,P₂を交互に取込むための取込み回路3
0の構成例を示し、第２図はその動作例を示している
が、ここで、この実施例において用いる当該センサ25,2
9は、先にも少し述べたが、共に、流量を測定すべき水
路内にアクチュエータ部分を挿入し、流れる水ないし湯
により、当該アクチュエータ部分が１回転する間に例え
ば２パルスが生ずる流量対パルス周波数変換型のものと
する。

したがって、それらセンサ25,29の備えられる各水路部
分の断面積は、当然、設計的に既知であるから、単位時
間あたりに何パルスが生じたか、または所定の数のパル
スが生ずるのにどの位の時間が掛かったかを測定回路で
測定すれば、そうした測定パルス数または測定時間は、
直接に当該水路中を流れる流体流量に比例するものとな
る。

ここでは後者に即し、第３図中の制御回路11内に単一の
回路として設けられ、第１図示の取込み回路30の出力で
ある取込みパルス列P₀を受ける流量測定回路は、２パル
スの発生に要する時間を測定するものとする。

なお、このように、所定の数のパルスの発生に要した時
間を測定する測定回路自体は公知であるので、本実施例
中でも具体的には図示していないし、一般に適当なるイ
ンターフェイス回路を介し、制御装置11に内蔵のマイク
ロ・コンピュータにおけるソフト的な処理によっても、
そのような時間は計測することができる。

第１図示の流量パルス取込み回路30は、第３図示の通水
量センサ25から得られる第一の出力パルス列P₁と、低温
出湯口側の通水量センサ29から得られる第二の出力パル
ス列P₂とをそれぞれ専用のインバータQ₁,Q₂で受けてい
る。

これらインバータQ₁,Q₂は、図示の場合、それぞれ単一
の簡単なトランジスタ構成で満たされているが、そのベ
ース入力がイネーブル端子として利用されており、当該
ベース入力が選択的に接地に落とされるとディスエイブ
ルとなり、入力パルスP₁またはP₂は無効化され、各トラ
ンジスタQ₁,Q₂のコレクタである出力端子は電源レベル
に引き上げられたままになる。したがって、一方のイン
バータQ₁またはQ₂がディスエイブルになっているときに
は他方のトランジスタQ₂またはQ₁がイネーブルになるよ
うな交互動作とすれば、当該イネーブルになっている方
のトランジスタのコレクタ出力が有意となり、これが本
取込み回路30の出力P₀となって図示しない測定回路に与
えられる。

換言すれば、両トランジスタQ₁,Q₂の各コレクタは、い
わばワイヤード・オアを介し、測定回路へのパルス列出
力端子に接続されている。

しかるに、どちからの入力パルスを有効に取扱うか、す
なわち、どちらのインバータをイネーブルにするかは、
この第１図示の実施例の場合、図示しない測定回路から
送られてくる切換え指令信号θｉの論理レベルによって
決定される。

当該切換え指令信号θｉは、トランジスタQ₃,Q₄のベー
ス入力に与えられ、一方のトランジスタのコレクタ出力
はそのまま、入力インバータQ₂のイネーブル端子である
ベースに接続されているが、他方のトランジスタQ₄はさ
らに第二のスイッチング・トランジスタQ₅にカスケード
接続され、この第二スイッチング・トランジスタQ₅のコ
レクタが入力インバータQ₁のイネーブル端子であるベー
スに接続されている。

そのため、切換え指令信号θｉが論理“H"にあると、こ
の実施例では両トランジスタQ₃,Q₄が共にオンとなる
が、トランジスタQ₄にカスケード接続されているトラン
ジスタQ₅はオフになるため、二つの入力インバータQ₁,Q
₂の中、入力インバータQ₁のみがイネーブルとなる。入
力インバータQ₂のベースは、オンとなったトランジスタ
Q₃のコレクタ−エミッタ線路を介して接地に引き落とさ
れ、ディスエイブルとなるからである。

逆に、切換え指令信号が論理“L"になると、上記とは逆
のオン・オフ関係が生起し、二つの入力インバータQ₁,Q
₂の中、入力インバータQ₂がイネーブル、入力インバー
タQ₁がディスエイブルとなる。

本発明を援用したこの実施例では、このように構成され
た流量パルス取込み回路30を利用し、制御回路11内に備
えた流量測定回路ないしマイクロ・コンピュータに対
し、第２図に示されるような動作をさせる。

先に述べたように、この実施例では、測定回路が通水量
センサ25,29の発する２パルスを計数するのに要する時
間を測定し、これにより対応的に流量を得るものとして
いるが、さらに当該測定回路は、各２パルス計数の終了
後に、その２パルス目の立ち下がりで交互に論理“H"か
ら“L"に、また“L"から“H"に反転する切換え指令信号
θｉを発する。

第２図にはその模様が示されており、低温側通水量セン
サ29（第二流量センサ29と表記）の２パルス目が立ち下
がると、制御回路11中の測定回路は切換え指令信号θｉ
を論理“H"に反転して取込み回路30に送り、これによ
り、当該取込み回路30では入力インバータQ₁がイネーブ
ルとなって、本水路13側に備えられている通水量センサ
25（第一流量センサ25と表記）の出力パルスP₁が出力端
子に表れ、測定回路に送られる。

測定回路はこの第一流量センサ25の出力パルスP₁に関
し、連続する２パルスに要する時間T₁を測定し、対応す
る流量を測定した後、当該２パルス目の立ち下がりで切
換え指令信号θｉの論理を反転して“L"にする。

すると、第１図示の流量パルス取込み回路25では、入力
インバータQ₁に代え、入力インバータQ₂がイネーブルと
なるから、今度は第二流量センサ29の出力する第二の出
力パルスP₂が当該取込み回路30の出力に表れ、これが制
御回路11中の測定回路に送られて、その２パルス分に要
する時間T₂が測定され、対応する流量が測定された後、
当該２パルス目の立ち下がりで測定回路は再びその切換
え指令信号θｉの論理を反転し、“H"とする。

このようにして、測定回路は、交互に周期的にその時々
の各流量センサ25,29の発する流量情報を測定すること
ができる。

しかるに、この種の給湯システムでは、燃焼制御可能な
最小流量というものがあり、それ以下ないしそれ未満の
流量では、安全のため、燃焼部に着火しないようにされ
ている。

そこで、この実施例においても、実際の流量が最小流量
値以下（流量零を含む）の場合を検出可能となってお
り、それは時刻t₀に続く部分に模式的に示されている。

すなわち、それまで第二流量センサ29の出力パルスP₂を
取込んでいた状態から、時刻t₀にて測定回路の発する切
換え指令信号θｉの論理が“H"に反転し、これにより第
一流量センサ25が選択されたのに、その出力パルスP₁が
生じなかった場合、つまり、流量零であった場合には、
測定回路は所定の時間Tmの経過後、自動的に切換え指令
信号θｉの論理を再度、反転する。

この時間Tmは、最小流量時の各パルスP₁,P₂における最
長パルス幅に鑑みて設定されており、換言すれば、当該
時間Tm内に有意のパルスの立ち下がりが検出されなかっ
た場合、測定回路は少なくとも流量が最小流量値以下と
判断して、他方の流量センサの出力パルス計数に移るの
である。

［効果］ 本発明によれば、単一の流量測定回路を用いながらも、
熱交換器通水量と、低温出湯口からの出湯量とを共に合
理的に測定することができ、回路の簡素化、低価格化に
寄与するものとなる。

【図面の簡単な説明】 第１図は本発明に従って構成された流量パルス取込み回
路の一構成例の概略構成図， 第２図は当該流量パルス取込み回路の動作の説明図， 第３図は本発明を適用可能な給湯システム構成例を示す
概略構成図， である。 図中、11は燃焼制御装置、12は入水口、13は本水路、14
はバイパス水路、15は熱交換器、16は第一分岐水路、17
は第二分岐水路、18は止水栓、19は高温出湯口、20は混
合栓、21は低温出湯口、22はガス比例弁、23はガス電磁
弁、24はファン・モータ、25は熱交換器通水量センサ、
26はバーナ、27は熱交換器の出湯温センサ、28は低温出
湯側の出湯温センサ、29は低温側通水量センサ、30は流
量パルス取込み回路、Q₁,Q₂は入力インバータ、θｉは
切換え指令信号、である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】入水口からの水路を本水路とバイパス水路
   とに分け、本水路は燃焼部により加熱される熱交換器を
   通した後、さらに第一、第二の分岐水路に分岐し、第一
   の分岐水路は止水栓を介して高温出湯口に、第二の分岐
   水路は上記バイパス水路中を送られてくる水との混合栓
   を介して低温出湯口に接続して成る給湯系を有し、上記
   本水路中を流れる水の流量と上記低温出湯口から出湯さ
   れる流量とを共に測定しながら燃焼制御する給湯システ
   ムにおいて； 上記本水路に備えられた熱交換器の通水量センサの出力
   信号と、上記混合栓から低温出湯口への途中の流路に備
   えられた通水量センサの出力信号を交互に切換えて単一
   の流量測定回路に送出すると共に； 上記切換えは、上記流量測定回路が上記一方の通水量セ
   ンサの出力信号を確実に読取った後、あるいは最小流量
   値以上の有意流量値信号が読取れなかった後に該測定回
   路側からの指令によってなされること； を特徴とする給湯システム用流量取込み方法。