JPH08161054A

JPH08161054A - 制御弁装置

Info

Publication number: JPH08161054A
Application number: JP32146594A
Authority: JP
Inventors: Toru Tsuruta; 透鶴田; Hiroshi Munemura; 浩宗村
Original assignee: NIPPON UPRO KK; Toto Ltd; Kawasaki Steel Corp
Current assignee: NIPPON UPRO KK; JFE Steel Corp; Toto Ltd
Priority date: 1994-11-30
Filing date: 1994-11-30
Publication date: 1996-06-21

Abstract

(57)【要約】【目的】湯水混合式給湯装置において、再出湯時に
は、湯水混合弁を速やかに最適開度に調節して、短時間
で目標温度の出湯が得られるようにすると共に、出湯停
止状態が長期間続いた場合でも、湯水混合弁が湯垢や錆
などで固着してしまわないようにする。【構成】給湯機への給水量を検出することにより湯水
流動の有無を検知し、流動がある場合は、湯水混合弁を
駆動するステッピングモータの最高速度を、比較的高い
速度Ａに設定し、それにより湯水混合弁を高速に駆動す
る。一方、流動がないときは、ステッピングモータの最
高速度を比較的低い速度Ｂに設定し、それにより弁体の
固着を解除できる程度の大きい駆動トルクを得るように
する。また、流動がない時、つまり出湯が停止している
ときでも、給湯機内の湯水温度の低下や変動に応じてス
テッピングモータを駆動し、それにより、弁体の固着を
未然に防止する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、一般には、流体の流量
を制御する制御弁装置に関し、特に、湯水混合式給湯装
置の湯水混合弁などとして好適な制御弁装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の制御弁装置として、特公
昭６２−３１２３２号公報に掲載されたものが知られて
いる。この装置はモータ駆動式の湯水混合制御弁であっ
て、給湯再開時の熱湯出湯の防止及び設定温度に到達す
る時間の短縮、並びにモータの電力消費量の節減を目的
として、制御弁の筐体内に設けられた流動スイッチによ
り給湯停止を検出すると、弁駆動モータの運転を停止さ
せるようになっている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところで、この従来の
湯水混合制御弁では、給湯停止中は弁駆動モータが停止
する。そのようにする１つの理由は、再出湯時に短時間
で弁体を目標位置に到達させるために、給湯停止中は弁
体を給湯停止時の位置に保っておくことにある。しか
し、この停止状態が長期間続くと、例えば制御弁の筐体
と弁体との隙間に湯垢等が付着したり、弁体や筐体に錆
が発生する等して、弁体の円滑な運動が阻害されてしま
う。その結果、かえって再出湯時の高速追従性が悪化し
てしまうことがある。更には、一般に、弁駆動モータに
は制御性の優れたステップモータが好んで使用されてい
るが、最悪の場合、給湯停止期間中に弁体と筐体とが固
着してしまうと、給湯再開時にステップモータを駆動し
ようとしても、モータが脱調し弁を駆動できないという
事態が生じるおそれもある。

【０００４】従って本発明の目的は、湯水混合弁などに
好んで用いられる制御弁装置において、弁体の固着を防
止して常に軽快な制御性を維持するとともに、再出湯時
のように高速追従性を必要とする時に、短時間で弁体を
目標位置に到達させることができるようにすることにあ
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、流路中に設け
られ、弁体を変位させることにより流量を可変する制御
弁装置において、弁体を変位させる弁体駆動手段と、流
路における流動を検知する流動検知手段と、流動検知手
段の検知結果に基づいて、弁体駆動手段が弁体を変位さ
せる速度を可変する制御手段とを有することを特徴とす
る。

【０００６】

【作用】本発明の制御弁装置では、流路中の流体の流動
が検知され、流動の有無又は程度に応じて、弁体を変位
させる速度が可変される。例えば、流動がある時には高
速で弁体を変位させ、流動がない場合は低速で変位させ
る。

【０００７】この制御弁装置では、例えば上述した湯水
混合弁の場合に典型的に見られるように、流動がある
時、つまり上記湯水混合弁の例では再出湯が行われた時
には、高速で弁体を駆動するため、高速の追従性が得ら
れ、短時間で目標温度の出湯を得ることができる。

【０００８】一方、流動がない時、つまり上記湯水混合
弁の例では出湯停止中には、低速で弁体を駆動するた
め、弁体駆動手段において大きい駆動力が得やすい。例
えば、弁体駆動手段としてステッピングモータを用いた
場合、ステッピングモータの特性から、確実に大きい駆
動トルクが得られる。そのため、流動停止中に弁体が固
着したとしても、この固着を比較的容易に解除すること
ができ、来たる流動発生時には弁体を円滑且つ軽快に駆
動することが可能となる。更に、弁体の移動速度を低く
することで、モータなどの弁体駆動手段の発熱を抑え
て、効率の低下を防ぎ、省エネルギーにも寄与する。

【０００９】望ましくは、流動がない時も、常に又は頻
繁に又は時々、弁体を駆動するようにする。これによ
り、弁体の移動を阻害する事情の発生を未然に防止する
ことができる。

【００１０】

【実施例】以下、本発明の実施例を、図面により詳細に
説明する。

【００１１】図１は、本発明の制御弁装置が適用された
湯水混合式給湯装置の一実施例を示す。

【００１２】この給湯装置は、給水管１、熱交換器３、
給湯管５、給水分岐管１５、バーナ７、ガス供給管９、
コントローラ１１、及びリモートコントローラ１３等を
備える。給水分岐管１５は給水管１から分岐し、湯水混
合弁２５を介して給湯管５に合流する。湯水混合弁２５
は、熱交換器３からの湯と給水分岐管１５からの水とを
混合して給湯管５に送るもので、ステッピングモータ２
７により駆動されて湯水混合比を調節する。

【００１３】給水管１の、給水分岐管１５への分岐箇所
より上流側には、給水流量を検出する流量センサ１７
と、給水温度を検出する給水サーミスタ１９が設けられ
る。また、熱交換器３出口附近には給湯温度を検出する
給湯サーミスタ２１が設けられ、また、湯水混合弁２５
下流の給湯管５には混合湯温度（出湯温度）を検出する
出湯サーミスタ２３が夫々設けられる。ガス供給管９に
は燃焼量を調節するための比例弁２９が設けられる。

【００１４】コントローラ１１は、流量センサ１７から
の給水流量Ｑ、給水サーミスタ１９からの給水温度Ｔ
C、給湯サーミスタ２１からの給湯温度ＴH及び出湯サー
ミスタ２３からの出湯温度ＴM、並びにリモートコント
ローラ１３からの湯温設定値ＴS等を入力し、ステッピ
ングモータ２７や比例弁２９等を制御することにより、
湯水混合比や燃焼量等を調節する。

【００１５】以上の構成において、本発明に直接関連す
るものは、コントローラ１１によるステッピングモータ
２７の制御（湯水混合弁２５の制御）である。以下、こ
れを詳細に説明する。

【００１６】まず、制御の説明に入る前に、図２及び図
３を参照して湯水混合弁２５の構成を説明する。

【００１７】図２に示すように、混合弁２５は、全体と
して円筒状の筐体３１を有し、この円筒状筐体３１内に
同軸に、中空円柱状の弁体３３が中心軸回りに回転可能
な状態で填め込まれている。この弁体３３はシャフト４
９を介してステッピングモータ２７に結合され、このシ
ャフト４９と筐体３１との間の隙間は軸受部材３５によ
って塞がれている。軸受部材３５外周面と筐体３１内周
面との間はＯリング６５により、軸受部材３５内周面と
シャフト４９外周面との間はスリップリング６７、６９
によりシールされている。

【００１８】筐体３１は、弁体３３の外周面に当接する
箇所に位置に、熱交換器３からの湯が導かれる導湯室３
７と給水分岐管１５からの水が導かれる導水室３９とを
備える。そして、弁体３３の周壁には、導湯室３７及び
導水室３９の湯及び水を弁体３３の内側空間４１に導く
ための開口４７が穿たれている。この開口４７は、図３
に示すように弁体３３の回転方向に沿って面積が変化す
るような形状を有し、それにより、弁体３３の回転位置
に応じて、弁体内側空間４１に導かれる湯水の混合比が
変わるようになっている。

【００１９】尚、弁体３３外周面と筐体３１内周面との
間は、スリップリング５９、６１によりシールされてい
る。

【００２０】弁体内側空間４１は、弁体３３先端の開口
４３を通じて、筐体３１先端部の混合湯出口４５と連通
する。この混合湯出口４５は給湯管５に接続される。

【００２１】以上のような構造の混合弁２５では、ステ
ッピングモータ２７により弁体３３の回転位置を調節す
ることにより、給湯管５に送る混合湯水の混合比を調節
することができる。

【００２２】次に、図４を参照して、ステッピングモー
タ２７により弁体３３の回転位置を現在位置から目標位
置まで移動させる際の一般的なモータ駆動方法を説明す
る。この方法は「台形駆動」と呼ばれるもので、現在位
置から目標位までの間をほぼ一定の加速度で回転するよ
うに、ステッピングモータ２７に与える相切替パルスの
速度を図示のように台形状に変化させるものである。即
ち、前半は０パルス／秒（ＰＰＳ）から段階的に徐々に
パルス速度を増加させていき（加速）、所定の最高速度
ＶMに達すると所定期間これを維持し（定速）、後半は
段階的に徐々にパルス速度を減少させていき（減速）、
目標位置で０ＰＰＳとする。

【００２３】以上の前提をふまえた上で、次に、図５を
参照して、コントローラ１１によるステッピングモータ
２７の制御（湯水混合弁２５の制御）を説明する。

【００２４】まず、流量センサ１７からの流量値Ｑに基
づいて湯水の流動があるか否かをチェックする（ステッ
プＳ１０１）。その結果、流動がある場合は、上述した
台形駆動の最高速度ＶMとして比較的高い値Ａ（ＰＰ
Ｓ）を設定する（ステップＳ１０２）。一方、流動がな
い場合は、最高速度ＶMとして比較的低い値Ｂ（ＰＰ
Ｓ）を設定する（ステップＳ１０５）。

【００２５】次に、湯水流動がある場合は、リモートコ
ントローラ１３からの湯温設定値ＴSと、給水サーミス
タ１９からの給水温度ＴCと、給湯サーミスタ２１から
給湯温度ＴHと、出湯サーミスタ２３からの出湯温度ＴM
に基づいて、次の（１）式により湯水混合比Ｒを演算す
る（ステップＳ１０３）。

【００２６】Ｒ＝（ＴS−ＴC）／（ＴH−ＴC）＋ｆPID（ＴS−ＴM）……（１）ここで、（１）式の右辺の第１項はフィードフォワード
項であり、第２項はフィードバック項である。これは、
フィードフォワード・フィードバック制御により混合比
Ｒを制御することを意味する。

【００２７】一方、湯水流動がない場合は、次の（２）
式とにより混合比Ｒを求める（ステップＳ１０６）。

【００２８】Ｒ＝（ＴS−ＴC）／（ＴH−ＴC）……（２）これは、フィードフォワード制御のみで混合比Ｒを制御
することを意味する。

【００２９】こうして混合比Ｒを求めた後、図６に示す
混合比−パルス数対応関係に基づいて混合比Ｒをパルス
数に換算すると共に、先程決定した最高速度ＶMを用い
て図４に示した台形駆動の各速度段階におけるパルス速
度を決定し、このパルス速度に基づいてステッピングモ
ータ２７を台形駆動する（ステップＳ１０４）。

【００３０】以上の制御によれば、湯水流動がある時に
は高速度でステッピングモータ２７を駆動するため、出
湯時には混合弁２５が高速で駆動されることとなり、短
時間で設定湯温ＴSの湯が得られ、出湯性が良好であ
る。

【００３１】一方、湯水流動がない時つまり出湯停止時
には、高速の追従性が要求されないので、低速度でステ
ッピングモータ２７を駆動する。これにより、図７に示
すステッピングモータの速度−トルク特性からわかるよ
うに、高速駆動時よりも大きいトルクを得ることができ
る。しかも、上記（２）式から分るように、出湯停止後
の湯水温度の低下や変動に従って常時又は頻繁に又は時
々ステッピングモータ２７を駆動することとなる。その
結果、湯水混合弁２５におけるＯリング６７、６９の油
切れ、弁体３３の外周面や筐体３１の内周面への湯垢の
付着、弁体３３や筐体３１に生じる錆等により弁体３３
の回転が阻害されるのを防止することができる。また、
万が一弁体３３と混合弁筐体３１が固着したとしても、
ステッピングモータ２７のトルクが大きいために固着を
解除することができる。又、出湯停止中の駆動は電源投
入や運転スイッチの切／入をきっかけとし一定開度駆動
させ、固着解除させてもよい。

【００３２】また、図２で示した構造の湯水混合弁２５
では、出湯停止時には内圧の影響を受けて弁体３３を回
転駆動するために大きな駆動トルクを必要とするが、出
湯停止時には上記のように大トルクが得られるため、確
実に駆動することが可能である。本実施例では、円周方
向で流量調節を行う構造の湯水混合弁を例にとったが、
図８に示すように軸方向で流量調節を行う構造の湯水混
合弁でも同じ効果を得ることができる。

【００３３】更に、上記制御では、出湯停止中はフィー
ドフォワード制御により混合比Ｒを決めている。その理
由は、出湯停止中は、給湯温度ＴHを検出する給湯サー
ミスタ２１の設置位置と、出湯温度ＴMを検出する出湯
サーミスタ２３の設置位置とでは、放熱量が異なるた
め、フィードバック項ｆPID（ＴS−ＴM）の値が不確定
な値となるからである。そこで、フィードフォワード項
のみで制御することにより、再出湯に備えて湯水混合弁
２５を最適開度に設定して待機することができ、よって
再出湯時における出湯性の向上を図ることができる。

【００３４】また、出湯停止中は低速でステッピングモ
ータ２７を駆動するため、ステッピングモータ２７の発
熱を抑制でき、エネルギー効率の低下を防止することが
でき、省エネルギーを図ることもできる。

【００３５】ところで、上記実施例では、混合比Ｒの算
出に当り給水温度ＴCを用いたが、一般に水温は湯温に
比べて変動が小さいため、給水温度ＴCに代えて固定値
（例えば、１５℃）を用いてもよい。また、予め、非燃
焼時の給湯温度ＴHをコントローラ１１に学習させてお
き、これを給水温度ＴCの代りに用いることとしても差
し支えない。また、上記実施例では、流動の有無によっ
て最高速度を高速か低速に切り換えたが、流量の程度に
応じて最高速度を多段階に変更するようにしてもよい。

【００３６】以上説明した内容は、あくまで本発明の一
実施例に係るものであって、本発明が、上記内容にのみ
限定されることを意味するものでないのは勿論である。
例えば、本発明は湯水混合弁における混合比の制御に限
らず、単なる水量調節弁等における流量制御にも適用す
ることができる。

【００３７】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
湯水混合弁などとして好適な制御弁装置において、高速
追従性が要求される流動発生時と、弁体の固着などが生
じる虞のある流動停止時とで、弁体の駆動速度を変るよ
うにしているため、流動発生時には高速追従性が得らる
と共に、流動停止時には大きい駆動力を得て、固着を容
易に解除することができる。従って、例えば湯水混合式
給湯機の湯水混合弁に適用した場合には、常に良好な出
湯性能を維持することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明を適用した湯水混合式給湯装置の一実施
例の構成を示すブロック図。

【図２】図１の装置が具備する湯水混合弁の一実施例の
全体構成を示す一部断面図。

【図３】図２の湯水混合弁が具備する弁体を示す斜視
図。

【図４】ステッピングモータを台形駆動方法を説明する
図。

【図５】図１の装置が行うステッピングモータの駆動制
御の流れを示したフローチャート。

【図６】湯水混合弁の混合比−パルス数特性の一例を示
した図。

【図７】ステッピングモータの駆動トルク−駆動速度特
性の一例を示した図。

【図８】湯水混合弁の他の実施例の全体構成を示す一部
断面図。

【符号の説明】

１給水管３熱交換器５給湯管７バーナ９ガス供給管１１コントローラ１３リモコン１５給水分岐管１７水量センサ１９給水サーミスタ２１給湯サーミスタ２３出湯サーミスタ２５湯水混合弁２７ステッピングモータ２９元電磁弁

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

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】流路中に設けられ、弁体を変位させるこ
とにより流量を可変する制御弁装置において、前記弁体を変位させる弁体駆動手段と、前記流路における流動を検知する流動検知手段と、前記流動検知手段の検知結果に基づいて、前記弁体駆動
手段が弁体を変位させる速度を可変する制御手段と、を有することを特徴とする制御弁装置。
【請求項２】請求項１記載の制御弁装置において、前記弁体駆動手段がステッピングモータであることを特
徴とする制御弁装置。
【請求項３】請求項１記載の制御弁装置において、前記流動が検知されていない時、常に又は頻繁に又は時
々、前記弁体駆動手段が前記弁体を変位させることを特
徴とする制御弁装置。
【請求項４】請求項１乃至請求項３記載の制御弁装置
において、前記弁体の変位により湯水混合式給湯機における湯水混
合比を可変するように構成されたことを特徴とする制御
弁装置。