JPS627932Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 この考案は、湯と水とを適温に混合して給湯す
る給湯制御装置に関するものである。

従来から、給湯装置は、種々提案されており、
その一例を第１図に基づいて説明する。

第１図に示すように、ガスバーナ１で加熱され
る給湯槽２の流出口２ａは、四方混合弁３の湯流
入口３ａに接続されて湯を供給し、減圧逆止弁４
を中途に設けた給水管５は、給湯槽２の流入口２
ｂと混合弁３の水流入口３ｂに水を供給してい
る。この混合弁３の流出口３ｃはポンプ６の吸込
口に連結され、ポンプ６の吐出口は混合弁３の循
環水流入口３ｄに連結されている。この混合弁３
の流出口３ｃの後方にはこの弁で混合された混合
水の温度を検出する温度検出手段７が取付けられ
ており、混合弁３とポンプ６との間には給湯栓８
が少なくとも１個設けられている。また、ポンプ
６の吐出側には、ポンプ６の吐出側から吸込側へ
の流れを防止するために逆止弁９が設けられ、こ
の逆止弁９によつてポンプ６が停止しても給湯時
には給湯槽２からの湯と給水管５からの水とを混
合した湯を、給湯栓８から給湯することができ
る。

上記混合弁３は、温度検出手段７からの検出温
度と給湯温度設定器１０からの設定温度とを入力
とする弁制御手段１１によつて、給湯栓８から得
られる湯温（給湯温）が設定器１０の設定温度と
なるように制御される。

上記混合弁３の一例を第１１〜１３図に基づい
て説明すると、円筒状に形成された弁本体５０の
側壁には、湯流入口３ａと水流入口３ｂが対向し
て設けられ、循環水流入口３ｄが流入口３ａ，３
ｂとほぼ直角となり且つそれよりも下方の位置に
設けられている。各流入口３ａ，３ｂ，３ｄから
の混合水を流出させる流出口３ｃが弁本体５０の
下端面に設けられ、弁本体内には水と湯等の混合
比等を決定する略円筒状の閉子５１が回動自在に
挿入され、閉子５１の軸５２はシールされて弁本
体５０の上端面から突出している。上記閉子５１
の周壁には、弁本体５０の湯流入口３ａと水流入
口３ｂとの同一平面に、湯と水を混合する混合水
用開口部５３が閉子５１の内部と連通して形成さ
れている。この開口部５３は開口角度は略180゜
となつているが、この角度は、湯流入口３ａと水
流入口３ｂとの角度に関連するものであるから、
その角度に基づいて決定される。また、上記閉子
５１の周壁には、水流入口３ｂと循環水流入口３
ｄとを連通させる略Ｌ字状の溝５４が隔壁５５に
よつて閉子５１内部と隔離されて形成されてい
る。この溝５４は軸平行な縦溝部５４ａとこの溝
部２４ａに直角な横溝部５４ｂとからなり、縦溝
部５４ａは水流入口３ｂ側の開口部５３寄りに形
成されており、また横溝部５４ｂは開口部５３の
下方且つ循環水流入口３ｄの同一平面に、縦溝部
５４ａから開口部５３の略中央部まで延びて形成
されている。さらに、上記閉子５１の周壁には、
開口部５３の下方、横溝部５４ｂの同一平面且つ
横溝部５４ｂ寄りに第１孔５６が、溝５４内に第
２孔５７がそれぞれ閉子５１内部と連通して形成
されているから、循環水流入口３ｄと流出口３ｃ
とが第１、第２孔５６，５７及び溝５４によつて
連通される。

従つて、上記弁本体５０の閉子５１の回転位置
を変化させると、給湯栓８より給湯しているとき
は湯と水の混合比を調節することによつて、温度
検出手段７での湯温を設定温に保つ。給湯停止中
はポンプ６からの循環水を循環水流入口３ｄから
流出口３ｃへ流すと共に、循環水の一部を水流入
口３ｂを介して給湯槽２へ返送し、それとほぼ同
量の湯を給湯槽２から湯流入口３ａを通じて混合
弁へ流入させ、循環中に配管放熱によつて失なわ
れた熱量を補うが、このときも同様に、閉子５１
の回転位置を変化させることにより、循環水流入
口３ｄから水流入口３ｂへ返送する水量を調節
し、温度検出手段７での湯温を設定温に保つ。こ
のようにして、給湯栓８からの給湯の有無にかか
わらず湯温を一定に保つよう閉子の位置を制御
し、給湯栓８を開けばすぐに設定温の湯が得られ
るように制御されている。

上記弁制御手段１１の従来例を第２図に基づい
て説明すると、第２図に示すように、電源スイツ
チ１２を投入すると、循環用ポンプ６が駆動され
ると共にトランス１３の一次側が通電される。こ
の二次側に発生する交流電圧は整流器１４及び平
滑コンデンサ１５を介して定電圧回路１６によつ
て直流の定電圧に変換される。この定電圧回路１
６の出力には、抵抗１７、給湯される温水を設定
するために可変抵抗器からなる温度設定器１０、
混合弁３で混合された混合水の温度を検出するた
め温度に基づいた抵抗値となるサーミスタ等の温
度検出手段７及び抵抗１８が順に直列に接続さ
れ、抵抗１７と温度設定器１０との接続点から設
定温度及び検出温度に基づいた検出電圧V₀が得
られる。この検出電圧V₀と上記定電圧回路から
の定電圧によつて得られる基準電圧V₁とを入力
とするPID制御回路１９は、検出電圧V₀と基準電
圧V₁に基づいて制御電圧V₂を出力する。また、
上記定電圧回路１６の出力には、抵抗２０、ポテ
ンシヨメータ２１及び抵抗２２が直列に接続さ
れ、ポテンシヨメータ２１からは混合弁３の閉子
の回転角に比例した電圧V₃が得られる。この電
圧V₃と制御電圧V₂とが入力される差動回路２３
は、その差電圧V₄＝V₂−V₃が出力され、この差
電圧V₄は、第１、第２比較回路２４，２５の第
１、第２比較電圧E₁，E₂と比較され、混合弁３
の閉子及びポテンシヨメータ２１を回動させるモ
ータ２６を駆動する第１〜第４トランジスタQ₁
〜Q₄を制御する。

即ち、給湯栓８から設定温度が得られており、
第１、第２比較回路２４，２５は共に低レベルの
信号を発しモータ２６が停止していた状態から、
給湯温度である検出温度が上昇したとすれば、温
度検出手段７の抵抗値が低下して検出電圧V₀が
低下して差電圧V₄が小さくなつて、第１比較回
路２４が低レベルを維持し、第２比較回路２５が
高レベルの信号を出力し、第３、第４トランジス
タQ₃，Q₄をオンし、混合弁３へ流入する水の供
給量が今までよりも多くなるようモータ２６を回
転制御する。このモータ２６の回転に伴つて、ポ
テンシヨメータ２１も回転し、ポテンシヨメータ
２１から得られる回転電圧V₃が低下するので、
上記差電圧V₄が上昇し、第２比較回路２５は再
び低レベルとなり、モータ２６は回転を停止す
る。

上記と逆に、給湯温度、即ち検出温度が低下し
て検出電圧V₀が上昇すれば、差電圧V₄が上昇し
第１比較回路２４が高レベルをなつて第１、第２
トランジスタQ₁，Q₂を駆動し、混合弁３へ流入
する湯の供給量が今までよりも多くなるようにモ
ータ２６を回転制御する。このモータ２６の回転
に伴つて、ポテンシヨメータ２１からの回転電圧
V₃が上昇し、第１比較回路２４は再び低レベル
となり、モータ２６は回転を停止する。

なお、以上において、温度設定器１０を操作し
て検出電圧V₀が上昇又は下降した場合も、上記
と同様に作動する。

しかしながら、第２図に示すような従来の制御
手段においては、PID制御回路１９のゲインが固
定的に設定されるので、たとえばゲインを低く設
定しておくと、給湯開始時、給湯時あるいは急湯
停止直後など、給湯栓の開閉あるいはその開度に
応じて湯温が設定温度から大きくあるいは急激に
変化しようとする時、温度検出手段７による検出
電圧V₀の変化に対するPID制御回路１９の制御電
圧出力V₂の応答変化が不充分で、閉子５１を駆
動するモータ２６の応答が悪いため、湯温が設定
温度から大幅に高くあるいは低く変動する結果を
招く。

これに対して、給湯栓８が閉じられ、湯温変化
が小さい給湯停止中もPID制御回路１９のゲイン
が高く設定されたままになつていると、検出電圧
V₀に現われるその湯温変化に対してモータ２６
が過激に応答し、続いて検出電圧V₀に現われる
その応答結果に対して逆向きの過激な応答を示す
動作が繰返される、すなわち給湯停止中における
湯温の安定性が悪く、モータ２６が無用に小幅な
正転、逆転を繰返すハンチング現象を生じること
がある。このことは、給湯中など湯温が設定温度
から大きく変動しようとする時は、モータ２６を
それに応じて大きくしかも素早く動作させ、湯温
を設定温度に追随させなければならず、応答性を
高める必要がある一方、給湯停止中は僅かな湯量
（たとえば２／分程度）しか循環しておらず、
湯温変動に対して閉子角度を変化させる応答性は
低くする方がよいというように、給湯中と給湯停
止中とでは、望ましい応答性、すなわちPID制御
回路１９の最適ゲインが異なることに原因があ
る。

この考案は、以上の問題を解消するものでその
目的とするところは、供給される水の流れを検出
して給湯中か給湯停止中かを判断し、その検出信
号によつてPID制御回路１９のゲインを制御する
ことにより、給湯開始時、給湯中および給湯停止
直後の湯温変動を小さくすると共に給湯停止中の
ハンチングをなくして湯温を安定させることがで
きる給湯制御装置を提供することにある。

以下、この考案を添付図面に示す実施例に基づ
いて説明する。

第１図に示すように、給水管５には、水流を検
出する水流スイツチ３０が設けられている。この
水流スイツチ３０は水が流れていることを検出す
ると接点３０ａを閉じる。

また、第３図に示すように、上記水流スイツチ
３０の接点３０ａを介して、PID制御回路１９の
ゲインを調整するためのリレー３１が給電されて
おり、接点３０ａが閉じると、リレー３１が通電
されてメーク接点３１ａを閉じ、PID制御回路１
９のゲインを大きくする。このPID制御回路１９
のゲインは、ゲイン３２の抵抗値を小さくすると
大きくなるものであり、最小ゲインを決定する抵
抗３３に、抵抗３４とリレー３１のメーク接点３
１ａとを直列に接続したものが並列に設けられて
いる。

従つて、給湯を行なうと、給水管５から給水さ
れ、水流スイツチ３０が作動して接点３０ａを閉
じ、リレー３１は通電されメーク接点３１ａを閉
じるから、ゲイン部３２の抵抗値が小さくなり、
PID制御回路１９のゲインは大きくなる。これに
対し、給湯を停止すると、給水管５から給水され
ず、水流スイツチ３０が接点３０ａを開いた状態
であるから、リレー３１は通電されず、PID制御
回路１９のゲインは小さくなる。なお、第４図に
は、給湯状態によるPID制御回路１９のゲインが
示されている。

次に、この考案の他例を第５図に示す回路図に
基づいて説明するが、この場合、配水管５に設け
られる水流スイツチ３０は、メーク接点３５ａと
ブレーク接点３５ｂを有し、水流を検出している
とメーク接点３５ａを閉じブレーク接点を開く。

上記メーク接点３５ａを介して第１リレー３６
にはコンデンサ１５によつて平滑された平滑電圧
が印加され、第１リレー３６に第１タイマリレー
３７が並列に接続されている。また、上記ブレー
ク接点３５ｂを介して第２タイマリレー３８にも
コンデンサ１５の平滑電圧が印加され、第１タイ
マリレー３７の接点３７ａと第２タイマリレー３
８の接点３８ａを並列に接続したものを介して第
２リレー３９は給電されている。各タイマリレー
３７，３８は、通電されてから各設定時間が経過
するまで接点３７ａ，３８ａを閉じるものであ
り、第１、第２リレー３６，３９によつてPID制
御回路１９のゲインは制御される。即ち、PID制
御回路１９のゲイン部４０は、最小ゲインを決定
する抵抗４２と第１リレー３６のメーク接点３６
ａを直列に接続したもの及び抵抗４３と第２リレ
ー３９のメーク接点３９ａを直列に接続したもの
が並列に設けられている。

従つて、まず、給湯されておらず、第１、第２
リレー３６，３９が通電されていなければ、メー
ク接点３６ａ，３９ａが開放され、PID制御回路
１９のゲインは最小値G₁となる。次に、給湯が
開始され、水流スイツチ３０がメーク接点３５ａ
が閉じブレーク接点３５ｂを開放すると、第１リ
レー３６及び第１タイマリレー３７が通電され、
第１タイマリレー３７の設定時間t₁だけ第２タイ
マリレー３８が励磁されるから、水流スイツチ３
０が作動してから設定時間t₁が経過するまでゲイ
ンG₄となり、その後は第１タイマリレー３７が
接点３７ａを開放して第２タイマリレー３８は消
磁され、ゲインはG₄からG₂となる。次に、給湯
を停止すると水流スイツチ３０がメーク接点３５
ａを開きブレーク接点３５ｂを閉じると、第２タ
イマリレー３８が通電されて設定時間t₂だけ第２
リレー３９を励磁するので、第２タイマリレー３
８が通電されてから設定時間t₂が経過するまで
は、ゲインはG₃となり、その後はG₁となる。以
上の動作におけるPID制御回路１９と給湯状態と
の関係が、第６図に示されている。

なお、PID制御回路１９のゲインは、第７図に
示すように、給湯開始から所定時間t₁が経過する
まではG₄とし、所定時間t₁が経過した後の給湯中
及び給湯停止から所定時間t₂が経過するまではG₂
とし、この所定時間t₂が経過した後の給湯停止中
はG₁としてもよい。

また、以上の実施例では、PID制御回路１９
は、抵抗値が小さくなるとゲインが大きくなるも
のを示したが、抵抗値が小さくなるとゲインが小
さくなるものであつてもよく、また、ゲインを調
整するためにリレーによる機械的スイツチとした
が、電子回路によつて構成した無接点式のゲイン
調整回路としてもよい。

次に、第８図、第９図、第１０図に、第２図、
第３図、第５図に示す制御回路における温度検出
手段７からの検出温度（混合弁３の流出口３ｃか
ら流出される湯温）を示し、従来例（第２図に示
すもの）とこの考案の実施例とを比較する。

まず、給湯を停止すると、第２図の従来例（第
８図参照）は長時間波打つて安定しないが、第３
図に示す第１実施例（第９図参照）はPID制御回
路のゲインを小さくしたため、波打ちが短時間で
終了して安定し、さらに、第５図に示す第２実施
例（第１０図参照）はPID制御回路のゲインを一
旦大きくした後小さくしているため、波打ちの振
幅が小さくなると共に波打ち時間も非常に短縮さ
れ安定性はさらに増している。また、給湯を開始
すると、従来例は給湯開始後は湯温が激しく変動
し、その変動時間が長いが、第１実施例は湯温の
変動が小さくなると共に変動時間も短くなり、ま
た第２実施例は湯温の変動及び変動時間はさらに
短くなる。

この考案によれば、以上のとおり、給水管に水
流を検出する水流スイツチを設け、給湯中か給湯
停止中かをこの水流スイツチによつて検出し、そ
の検出信号にもとづいて、給湯中はPID制御回路
のゲインが大きく、また給湯停止中は小さくなる
よう自動的にゲインを切換えるようにしたため、
従来のゲインを固定的に設定するものに比し、給
湯開始時などにおける外乱に対する応答性が良く
なつて、湯温の変動が小さくなると共に変動時間
が短縮され、かつ給湯停止中は応答が緩慢となつ
て、ハンチングが防止され、安定した制御を行な
うことができる。

また、給湯開始及び停止直後、所定時間ゲイン
を維持するか或いは特別に高くすることにより給
湯開閉に伴なう外乱に対し高速で応答して、給湯
中及び給湯停止中の安定性も良くなる。

【図面の簡単な説明】

第１図は給湯装置の一例を示す線図、第２図は
給湯装置の制御を行なう従来の制御回路図、第３
図はこの考案の一例を示す制御回路図、第５図は
この考案の他例を示す制御回路図、第４図、第６
図は第３図、第５図に示すPID制御回路のゲイン
を示すグラフ、第７図はこの考案のさらに他例を
示すPID制御回路のゲインを示すグラフ、第８
図、第９図、第１０図は第２図、第３図、第５図
における温度検出手段によつて検出される湯温を
示すグラフ、第１１図は混合弁の一例を示す斜視
図、第１２図は湯及び水流入口における第１１図
の横断面図、第１３図は循環水流入口における第
１１図の横断面図である。 １……バーナ、２……給湯槽、３……混合弁、
４……減圧逆止弁、５……給水管、６……ポン
プ、７……温度検出手段、８……給湯栓、９……
逆止弁、１０……給湯温度設定器、１１……弁制
御手段、１６……定電圧回路、１９……PID制御
回路、２１……ポテンシヨメータ、２３……差動
回路、２４，２５……比較回路、２６……モー
タ、３０……水流スイツチ、３１，３６，３９…
……リレー、３２，４０……ゲイン部、３７，３
８……タイマリレー。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 給湯槽からの湯と給水管からの水と給湯循循
   回路の循環水とを混合弁で混合し、混合した湯
   温を温度検出手段で検出し、この検出温度と給
   湯設定器からの設定温度に基づいて、上記混合
   弁を制御するPID制御手段を設けた装置におい
   て、上記給水管水流を検出する水流スイツチを
   設け、水流スイツチの検出信号によつて上記
   PID制御手段のゲインを制御するゲイン制御手
   段を設けてなる給湯制御装置。 (2) 上記ゲイン制御手段は、水流スイツチが水流
   を検出しているときは水流を検出していないと
   きよりもゲインを大きくするものであることを
   特徴とする実用新案登録請求の範囲第１項記載
   の給湯制御装置。 (3) 上記制御手段は、水流スイツチが水流を検出
   しているときは水流を検出していないときより
   もゲインを大きくし、水流スイツチが水流を検
   出してから第１の所定時間が経過するまでは水
   流を検出しているときよりもさらにゲインを大
   きくしたことを特徴とする実用新案登録請求の
   範囲第１項記載の給湯制御装置。 (4) 上記制御手段は、水流スイツチが水流を検出
   しているときは水流を検出していないときより
   もゲインを大きくし、水流スイツチが水流の検
   出を停止してから第２の所定時間が経過するま
   では水流を検出しているときと同じゲイン或い
   は水流を検出していないときより大きなゲイン
   とすることを特徴とする実用新案登録請求の範
   囲第１項または第３項記載の給湯制御装置。