WO2008065987A1 - Procédé de commande pour une soupape thermique - Google Patents

Description

明 細 書

熱動弁の制御方法

技術分野

[0001] この発明は、温調水を床温調パネル等の温調機器に循環供給する温調装置にお いて使用するのに好適な熱動弁に関するものであり、特に開弁時のピーク電流を低 減できる熱動弁の制御方法に関するものである。

背景技術

[0002] 水熱交換器、循環ポンプ等を有する温水ユニットと、温水によって温度調節可能な 床暖房パネルとを配管によって接続し、上記水循環経路内の湯水と冷媒回路を流通 する冷媒との間の熱交換を上記水熱交換器で行うように構成したヒートポンプ式床暖 房装置が従来から知られている（例えば、特許文献 1、特許文献 2参照）。そして、こ のようなヒートポンプ式床暖房装置は、熱源側の室外熱交換器を蒸発器として機能さ せると共に、利用側の水熱交換器を凝縮器として機能させることにより、床暖房パネ ルに温水を供給する床暖房を行うことが可能である。

ところで、上記のような床暖房装置において、複数の床暖房パネルを並設して複数 の水循環経路を構成し、 1台のポンプでもって各水循環経路に独立して温水を供給 するような構成を採用する場合、各水循環経路には開閉弁として熱動弁が介設され る。この熱動弁 10は、特許文献 3にも開示されているように、図 5に示すような構造を 有している。この熱動弁 10においては、弁本体 11内に、入口通路 12と出口通路 13 とが設けられていると共に、両通路 12、 13を開閉するための弁体 14が軸方向に摺 動自在に配置されている。また、弁体 14の上端部近傍には、ワックスの内蔵されたべ ローズ 15が配置され、このべローズ 15の内部は電気ヒータ（PTCヒータ（チタン酸バ リウムを主成分としたセラミックヒータ）） 16によって加熱され得るようになつている。す なわち、電気ヒータ 16に通電してワックスを膨張させることによってべローズ 15が伸 張するため、弁体 14は開弁方向に移動することができるのである。なお、弁体 14は、 バネ 17によって、閉弁方向に付勢されており、弁体 14は、上記べローズ 15の伸張に よって、このパネ 17の力に杭して開弁動作することになる。このような構成の熱動弁 は、コンパクトな構造でありながらも、比較的大きな駆動力が得られることから、水回 路に好適なものとして一般的に使用されている。

特許文献 1 :特開 2000— 18671号公報

特許文献 2 :特開 2000— 28182号公報

特許文献 3：特開 2002— 195583号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0003] 上記のように、熱動弁は、ワックスを電気ヒータ 16によって加熱して膨張させること で、開弁動作させる機構を有する。そのため、熱動弁の開弁動作には、比較的多く の電流が必要となる。殊に、ヒータ 16として PTCヒータを用いる場合、常温における P TCヒータの電気抵抗が低いために、図 6に示すように大きな突入電流を必要する。 そのため、 PTCヒータの周辺に取り付けられる電気部品としては大きな容量のものを 用いる必要がある他、ノイズ対策も行う必要がある。

この発明は上記の欠点を解決するためになされたものであり、その目的は、上記の ような大きな突入電流を必要とせず、そのため安価に構成可能であると共に、優れた 動作信頼性を得ることが可能な熱動弁の制御方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

[0004] 発明 1に係る熱動弁の制御方法は、所定の動作電圧を印加することによって開弁 動作をなす熱動弁の制御方法であって、第 1ステップと第 2ステップとを有する。第 1 ステップでは、開弁動作の開始時に、動作電圧よりも低い第 1電圧を印加電圧として 熱動弁に印加する。第 2ステップでは、第 1ステップ後、印加電圧を動作電圧に向け て上昇させていく。

[0005] 発明 2に係る熱動弁の制御方法は、発明 1に係る熱動弁の制御方法であって、第 1 ステップでは、開弁動作の開始時から所定時間の間、第 1電圧を印加電圧として出 力し続ける。

[0006] 発明 3に係る熱動弁の制御方法は、発明 2に係る熱動弁の制御方法であって、所 定時間は、開弁動作の開始時から動作電圧を印加電圧として熱動弁に印加した場 合に、熱動弁に流れる電流が最大に達する時間よりも長く設定されている。 [0007] 発明 4に係る熱動弁の制御方法は、発明 1に係る熱動弁の制御方法であって、第 1 ステップでは、第 1電圧 (Va)が連続的に変化する。

[0008] 発明 5に係る熱動弁の制御方法は、発明 1〜4のいずれかに係る熱動弁の制御方 法であって、第 2ステップでは、印加電圧を動作電圧よりも高い第 2電圧に上昇させる

〇

[0009] 発明 6に係る熱動弁の制御方法は、発明 1〜5のいずれかに係る熱動弁の制御方 法であって、熱動弁の全開状態時、印加電圧を動作電圧よりも低くする。

発明の効果

[0010] 発明 1〜発明 3の熱動弁の制御方法によれば、突入電流を従来よりも少なくするこ とができる。そのため、 PTCヒータの周辺に取り付けられる電気部品として小容量のも のが使用でき、またノイズ対策も簡素化できる。

発明 4の熱動弁の制御方法によれば、上記効果に加えてさらに、熱動弁を円滑に 作動でさることになる。

発明 5の熱動弁の制御方法によれば、開弁速度を向上することが可能となる。 発明 6の熱動弁の制御方法によれば、全開時の消費電力を節減することが可能と なる。

図面の簡単な説明

[0011] [図 1]この発明の熱動弁の制御方法において使用するのに好適な制御機構の一例 を示す回路図である。

[図 2]この発明の熱動弁の制御方法の第 1実施形態を示すタイムチャート図である。

[図 3]この発明の熱動弁の制御方法の第 2実施形態を示すタイムチャート図である。

[図 4]この発明の熱動弁の制御方法の第 3実施形態を示すタイムチャート図である。

[図 5]熱動弁の断面図である。

[図 6]従来の熱動弁の制御方法のタイムチャート図である。

符号の説明

[0012] 1 電圧調整器

2 制御器

10 熱動弁 発明を実施するための最良の形態

次に、本発明に係る熱動弁の制御方法について、その具体的な実施の形態につき 図面を参照しつつ詳細に説明する。図 1は、熱動弁の制御方法において使用するの に好適な制御機構の一例を示す回路図である。まず、図 1において、 10は、前述し たのと同様な熱動弁を示しており、この熱動弁は PTCヒータを備えるものである。 1は 電圧調整器であって、この電圧調整器 1からの出力電圧が上記熱動弁 10に印加さ れる。また、 2は制御器であり、電圧調整器 1の出力電圧を制御するためのものである 。なお、 3はヒューズである。

熱動弁の制御方法の第 1実施形態について説明する。この制御方法では、図 2に 示すように、先ずは最初に (即ち、開弁開始時)、電圧調整器 1は、所定時間 (初期立 ち上がり時間） tの間、動作電圧 Vr (定格電圧）よりも低い電圧 Va (第 1電圧に相当） を印加電圧として熱動弁 10に印加する（第 1ステップに相当）。次いで、電圧調整器 1は、所定時間 tの経過後に、熱動弁 10への印加電圧を動作電圧 Vrにまで上昇させ る（第 2ステップに相当）。所定時間 tが経過してから更に一定時間 Tが経過した後、 電圧調整器 1は、熱動弁 10への印加電圧を動作電圧 Vrよりも低い一定の電圧 Vbに 低下させる。上記電圧 Vaが印加電圧として熱動弁 10に印加し続けられる期間である "所定時間 t"は、仮に動作電圧 Vrが最初（即ち、開弁動作の開始時)から熱動弁 10 に印加されたときに（図 6)、熱動弁 10に流れる電流（即ち、突入電流。図 2の点線で 表された電流 la)が最大（即ち、ピーク電流）に達する時間よりもやや長く設定される のが好ましい。具体的には、所定時間 tは、約 0. 5〜2秒、さらに好ましくは、約 1秒に 設定される。また、上記動作電圧 Vrが印加電圧として熱動弁 10に印加し続けられる 期間である"一定時間 T" (実質開動作時間）は、熱動弁 10の弁開度が 80%程度あ れば熱動弁 10は充分に弁機能を発揮できるので、熱動弁 10が 80%程度の開度を 得られる時間に設定される。なお、所定時間 t及び一定時間 Tの設定は、図示しない タイマにより行われるものとする。また、タイマによる時間設定に代えて流量計が用い られてもよい。この場合、流量計は、熱動弁 10の開度が 80%程度の流量が得られた 状態を検出し、電圧調整器 1は、この検出結果に基づいて熱動弁 10への印加電圧 を低下させる。なお、図 2 (図 3、図 4も同じ）において、破線は従来の制御方法におけ [0014] 上記制御方法によれば、熱動弁 10の開弁時における突入電流（ピーク電流）を低 く抑えること力 Sできる。そのため、熱動弁 10周辺に用いられた配線やコネクタ等の電 気部品としては小容量のものが使用でき、またノイズ対策も簡素化できる。この場合、 制御構成は簡素なものとなり、また製造コストを抑制できる。さらに、装置の動作信頼 性も充分に確保することが可能である。また、熱動弁 10が全開になった状態では、電 圧調整器 1は、熱動弁 10への印加電圧を低下させているので（図 2の期間 A)、熱動 弁 10全開時の消費電力を節減できる。なお、熱動弁 10の全開状態を維持するのに 必要な電圧 Vbは、予め実験的に求めておき、上記制御器 2に記憶させておけばよ い。なお、開弁開始時に熱動弁 10に印加される上記電圧 Va、及び所定時間 t、丁に ついても同様に制御器 2に記憶させておく。

[0015] 図 3には、本発明に係る熱動弁の制御方法の第 2実施形態が示されている。図 3は 、上記図 2に示す実施形態と同様な電圧制御が熱動弁 10に対して行われる際に、 熱動弁 10への印加電圧を連続的にきめ細力べ制御する方法を示している。この場合 、電圧調整器 1は、動作電圧 Vrよりも低い電圧 Vaを印加電圧として熱動弁 10に印 加し、その後、徐々に印加電圧を動作電圧 Vr近くまで上昇させていく。その後、電圧 調整器 1は、今度は熱動弁 10への印加電圧を徐々に低下させていく。この場合にも 、熱動弁 10が全開になった状態（上記実施形態において、所定時間 Tが経過した後 の状態）では、電圧調整器 1は、動作電圧 Vrよりもさらに低い電圧 Vc (開状態保持電 圧）を印加電圧として印加するようにしてレ、る。

この実施形態においても上記同様の作用及び効果が得られるが、この場合にはさ らに、熱動弁 10を円滑に作動できるという利点がある。

[0016] 図 4には、本発明に係る熱動弁の制御方法の第 3実施形態が示されている。本実 施形態では、第 1実施形態における所定時間（実質開動作時間) Tにおいて、電圧 調整器 1は、動作電圧 Vrよりも高い電圧を印加電圧として熱動弁 10に印加するよう にしている。これは、熱動弁 10の開弁速度を向上するためである。これにより、図 4に 示すように、従来（図 4の弁の開度において点線で示されたグラフ B)よりも短時間で 熱動弁 10を開弁させることが可能となる。これは、電圧調整器 1から出力可能な印加 電圧よりも動作電圧 Vr (定格電圧）の低い熱動弁 10を用いることで実現することがで きる。この場合、電圧調整器 1は、熱動弁 10が開弁してから所定時間 tの間には、動 作電圧 Vrよりも低い電圧 Vaを印加電圧として熱動弁 10に印加し、その後、所定時 間 Tの間には動作電圧 Vrよりも高!/、電圧 Vd (第 2電圧に相当 )を印加電圧として熱 動弁 10に印加する。さらにその後、電圧調整器 1は、動作電圧 Vrよりも低い電圧 Ve を印加電圧として熱動弁 10に印加する。

上記各実施形態における電圧調整器 1において電圧を制御する方法としては、半 導体を用いた位相制御によって電圧の実効値を制御する方法の他、インバータによ る PWM制御、 PAM制御を用いることができる。また、上記各実施形態において、熱 動弁 10を断熱構造として消費電力を節減する方法を併用することも可能である。こ の場合の断熱構造としては、熱動弁 10のヒータ 16の周辺部、又は弁本体 11の全体 又はその一部を、発泡樹脂で構成したり、二重樹脂構造にしたりすることが挙げられ

Claims

請求の範囲

[1] 所定の動作電圧 (Vr)を印加することによって開弁動作をなす熱動弁（10)の制御 方法であって、

前記開弁動作の開始時に、前記動作電圧 (Vr)よりも低!/、第 1電圧 (Va)を印加電 圧として前記熱動弁（10)に印加する第 1ステップと、

前記第 1ステップ後、前記印加電圧を前記動作電圧 (Vr)に向けて上昇させていく を備える、熱動弁の制御方法。

[2] 前記第 1ステップでは、前記開弁動作の開始時から所定時間（t)の間、前記第 1電 圧 (Va)を前記印加電圧として出力し続ける、

請求項 1に記載の熱動弁の制御方法。

[3] 前記所定時間は、前記開弁動作の開始時から前記動作電圧 (Vr)を前記印加電 圧として前記熱動弁（10)に印加した場合に、前記熱動弁（10)に流れる電流が最大 に達する時間よりも長く設定されている、

請求項 2に記載の熱動弁の制御方法。

[4] 前記第 1ステップでは、前記第 1電圧 (Va)が連続的に変化する、

請求項 1に記載の熱動弁の制御方法。

[5] 前記第 2ステップでは、前記印加電圧を前記動作電圧 (Vr)よりも高!/、第 2電圧 (Vd

)に上昇させる、

請求項 1〜請求項 4のいずれかに記載の熱動弁の制御方法。

[6] 前記熱動弁（10)の全開状態時、前記印加電圧を前記動作電圧 (Vr)よりも低くす る、

請求項 1〜請求項 5のいずれかに記載の熱動弁の制御方法。