JPH06147518A - 湯水混合制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ステッピングモータの駆動により混合比を調
整する場合での出湯温特性を向上させる。 【構成】 温度偏差により求めた理想駆動操作量ｙn と
実際のステッピングモータに与えるステップ駆動量［ｙ
n ］との差△ｘの累計値Σ△ｘが±１ステップ分以上と
なったときに、ステップ駆動量［ｙn ］を１ステップ増
減補正する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、湯と水とを混合して出
湯するミキシングタイプの給湯器に用いられる湯水混合
制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、給湯器の出湯特性を向上させ
るため、熱交換器で加熱された湯と熱交換器を迂回して
供給された水とを混合して出湯する給湯器が知られてい
る。こうした給湯器に用いられる湯水混合制御装置にお
いては、所定の周期で湯水混合後の出湯温度を検出し、
この出湯温度が予め設定された設定温度になるように混
合弁を駆動制御している。この出湯温度を混合弁の駆動
により制御する手法としては、ＰＩＤ制御（比例積分微
分制御）、ＰＤ制御（比例微分制御）、ＰＩ制御（比例
積分制御）、Ｐ制御（比例制御）などが用いられてい
る。また、混合弁の駆動源としては、ステッピングモー
タを用いる場合も多くなってきた。

【０００３】混合弁の駆動操作量は、ＰＤ制御を例にと
れば次式のように算出される。 ｙn ＝ｋp・ｅn＋ｋd（ｅn −ｅn-1 ） ｙn …駆動操作量 ｅn …出湯温度と設定温度との偏差 ｅn-1 …前回検出したｅn ｋp …比例項制御定数 ｋd …微分項制御定数 そして、ステッピングモータを用いた場合には、この駆
動操作量ｙn が算出されると、それに対応するステップ
駆動量（パルス量）を決定している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ステッ
ピングモータによる駆動量は、最小単位パルス駆動量の
整数倍しかとれないため、その中間値をとることができ
ない。従って、算出された操作駆動量（演算駆動操作
量）をパルス量に変換する際に、小数部（最小単位パル
ス駆動量未満の値）が切捨て等により無視されてしま
う。つまり、図４に示すように、演算駆動操作量ｙn に
対して実際の実駆動操作量は［ｙn ］（ガウスの記号
で、ｙn を越えない整数を表す）として与えられるため
ステップ状となり、０＜ｙn −［ｙn ］＜１の範囲が不
感帯となってしまう。

【０００５】こうした不感帯の影響は、一回の駆動操作
量のパルス数が多ければ無視できるが、実際には、良好
な出湯温度制御を行うために、出湯温度検出とそれに応
じたモータ制御の周期を短く設定していることから無視
できない。例えば、出湯温度制御の周期を５０mm秒、ス
テッピングモータの１秒間に駆動できるパルス数を２０
０とした場合、一回の駆動操作量は最大１０パルス（２
００×０．０５）となる。従って、ｙn の端数を切捨て
た場合には、駆動操作量の最大１０％が無視されてしま
うのである。

【０００６】特に、出湯量が少ない場合には、一般的に
駆動操作量が小さくされることから影響が大きく、出湯
温度が不安定となったり所望の設定値にならない（オフ
セット）こととなる。例えば、設定温度が４０℃で検出
温度が３９℃であっても、少流量時であれば駆動操作量
が１ステップに満たないケースが生じて、３９℃に維持
されたまま（オフセット）となってしまう。つまり、出
湯温度を１（deg ）上昇させるのに要する駆動操作量が
例えば０．５ステップ分と算出されても、実際には切捨
てによりステッピングモータは駆動されないため、出湯
温度を変化させることができないのである。本発明の湯
水混合制御装置は上記課題を解決し、ステッピングモー
タの駆動により混合比を調整する場合での出湯温特性を
向上させることを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の湯水混合制御装
置は、熱交換器により加熱された湯と、該熱交換器への
給水路から分岐したバイパス管に供給された水とを混合
して出湯する給湯器に用いられ、上記湯と水とを、ステ
ッピングモータにより駆動される弁体の位置に応じた混
合比に調整する混合弁装置と、上記混合された湯の出湯
温度を検出する出湯温検出手段と、上記検出された出湯
温度と設定温度との温度偏差に基づいて、上記ステッピ
ングモータを駆動制御する混合制御手段とを備えた湯水
混合制御装置において、上記温度偏差に基づいて算出さ
れた演算弁体駆動量と実際のステッピングモータによる
実弁体駆動量との差を累積する、あるいは算出された演
算弁体駆動量の累積値と実際のステッピングモータによ
る実弁体駆動量の累積値との差を算出する累積誤差算出
手段と、上記算出された累積誤差が、ステッピングモー
タの略１ステップ以上の駆動量に達した場合には、ステ
ッピングモータの駆動量を１ステップ増減補正する補正
手段とを備えたことを要旨とする。

【０００８】

【作用】上記構成を有する本発明の湯水混合制御装置
は、混合された湯の出湯温度と設定温度との温度偏差に
基づきステッピングモータを駆動制御して混合比を調整
するが、累積誤差算出手段が温度偏差に基づいて算出さ
れた演算弁体駆動量と実際のステッピングモータによる
実弁体駆動量との差を累積、あるいは演算弁体駆動量の
累積値と実弁体駆動量の累積値との差を算出し、その累
積誤差がステッピングモータの略１ステップ以上の駆動
量に達した場合に補正手段がステッピングモータの駆動
量を１ステップ増減補正する。この結果、従来無視され
てきた小数部（最小単位パルス駆動量未満の値）の影響
が低減され、出湯温特性が向上する。尚、例えば累積誤
差が０．６ステップ分というように四捨五入により１ス
テップになる場合も、ステッピングモータの略１ステッ
プ以上の駆動量に達したとして増減補正してもよい。

【０００９】

【実施例】以上説明した本発明の構成・作用を一層明ら
かにするために、以下本発明の湯水混合制御装置の好適
な実施例について説明する。

【００１０】図１は、一実施例としての湯水混合制御装
置を備えた給湯器の概略構成図である。この給湯器は、
上水道に接続される給水管１と、給水管１から導かれた
冷水をバーナ２での燃焼熱で加熱する熱交換器３と、熱
交換器３で加熱された湯を送り出す給湯管４と、給水管
１から分岐して設けられるバイパス管５と、バイパス管
５からの冷水と給湯管４からの湯とを混合して設定温度
になるように混合比を制御する湯水混合制御装置１０
と、混合された湯を給湯栓６に導く出湯管７とを備え
る。また、給水管１には、能力オーバーを防止するため
バイパス管５の分岐点より下流側に定流量弁８が設けら
れる。尚、給湯器における燃焼系、給排気系、点火系等
については本発明の要旨でないため省略する。

【００１１】湯水混合制御装置１０は、給湯管４とバイ
パス管５との合流点に設けられる混合弁１１と、混合弁
１１の弁体１２（図２に概略を示す）を進退駆動するス
テッピングモータ１３と、出湯管７に設けられ出湯温度
を検出する温度センサ１４と、混合弁１１の駆動制御を
行うコントローラ２０とからなる。

【００１２】混合弁１１は、図２に示すように、バイパ
ス管５側に設けられる弁シート１５と給湯管４側に設け
られる弁シート１６との間で進退する弁体１２により湯
と水との混合比を調整するもので、ステッピングモータ
１３の回転がギヤ装置１７を介して弁体駆動軸１８に伝
達され、弁体駆動軸１８に形成されたネジ１９により進
退動作が加わるように構成されている。従って、弁体１
２の位置（つまり混合比）は、ステッピングモータ１３
の回転位置に応じたものとなる。

【００１３】コントローラ２０は、周知の算術論理演算
回路を構成するＣＰＵ２１と、制御プログラムや各種の
データを記憶するＲＯＭ２２と、ステッピングモータ１
３の駆動量データや温度センサ１４の出力データ等を一
時的に記憶するＲＡＭ２３と、温度センサ１４からの信
号を入力して演算可能なデジタル信号に変換する入力イ
ンタフェース２４と、ステッピングモータ１３に駆動制
御信号を出力する出力インタフェース２５と、これらを
相互に接続するバス２６等から構成される。

【００１４】次に、湯水混合制御処理について説明す
る。尚、本実施例では、ＰＤ制御をベースとした制御と
して説明する。図３は、コントローラ２０の実行する湯
水混合制御ルーチンを表し、所定の周期（例えば、５０
mm秒毎）で繰り返し実行されるものである。

【００１５】まず、温度センサ１４により出湯温度を検
出する（Ｓ１０）。続いて、出湯温度と設定温度との偏
差ｅn に基づいて、次式のように駆動操作量ｙn （演算
駆動操作量）を算出する（Ｓ１１）。尚、ｅn-1 は前回
算出した偏差であり、ＲＡＭ２３に一時的に記憶された
データである。 ｙn ＝ｋp・ｅn＋ｋd （ｅn −ｅn-1 ） 次に、ステップ駆動量の最小単位の整数倍であるステッ
プ駆動量［ｙn ］を決定する（Ｓ１２）。本実施例で
は、ｙn の小数部を切捨てた値を採用する。続いて、演
算駆動操作量ｙn と実際のステップ駆動量［ｙn ］との
差△ｘn を算出する（Ｓ１３）。

【００１６】こうして△ｘn が算出されると、前回まで
の差の累計値Σ△ｘに今回算出した△ｘn を加算した累
計値Σ△ｘを算出し、その値がステッピングモータ１３
の±１ステップ分以上に相当するか否かを判断する（Ｓ
１４）。累計値Σ△ｘが１ステップ分に満たない場合に
は、先に算出したステップ駆動量［ｙn ］にてステッピ
ングモータ１３を駆動するが（Ｓ１５）、累計値Σ△ｘ
が１ステップ分以上の場合にはステップ駆動量［ｙn ］
を１ステップ分加算した量に補正して（Ｓ１６）ステッ
ピングモータ１３を駆動する。また、このとき累計値Σ
△ｘの値を１ステップ分だけ減算しておく（Ｓ１７）。
逆に、累計値Σ△ｘが−１以下の場合にはステップ駆動
量［ｙn ］を１ステップ分減算した量に補正して（Ｓ１
８）駆動し、累計値Σ△ｘの値を１ステップ分だけ加算
しておく（Ｓ１９）。

【００１７】こうして本制御ルーチンを一旦抜け、所定
のタイミングごとに同様の処理を繰り返す。尚、本実施
例では、演算駆動操作量ｙn と実際のステップ駆動量
［ｙn］との差の累計値Σ△ｘに基づいて増減補正した
が、演算駆動操作量ｙn の累計値と実際のステップ駆動
量［ｙn ］の累計値との差に基づいて、その差が１ステ
ップ分に達したときにステップ駆動量［ｙn ］を増減補
正する構成としてもよい。

【００１８】以上説明したように、本実施例の湯水混合
制御装置１０によれば、演算駆動操作量ｙn と実際のス
テップ駆動量［ｙn ］との差の累計値Σ△ｘを算出し、
この累計値Σ△ｘがステッピングモータ１３の１ステッ
プ分以上の場合には、ステップ駆動量［ｙn ］を増減補
正して駆動するため、従来無視されていた小数部の影響
が少なくなって出湯温度が安定し、オフセットを生じる
ことも防止される。特に、出湯温度制御の周期を短くし
て高速制御する場合には、ステッピングモータ１３の駆
動パルス数／時間の制限からパルス数を大きくできず、
小数部が全体に対して大きなウエイトを占めてしまうこ
とからも、本実施例の湯水混合制御装置１０は非常に有
効なものとなる。従って、高精度の温度制御に十分追従
できるのである。

【００１９】以上本発明の実施例について説明したが、
本発明はこうした実施例に何等限定されるものではな
く、例えば、ＰＩＤ制御，Ｐ制御，ＰＩ制御等に適用し
たものであってもよく、本発明の要旨を逸脱しない範囲
において、種々なる態様で実施し得ることは勿論であ
る。また、本実施例では実際のステップ駆動量［ｙn ］
を決定するにあたって演算駆動操作量ｙn の小数部を切
り捨てたが、四捨五入等により決定してもよい。

【００２０】

【発明の効果】以上詳述したように、本発明の湯水混合
制御装置によれば、駆動源にステッピングモータを用い
た場合に生じていた出湯温度の不安定とオフセットとを
低減することができるという優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例としての湯水混合制御装置を備えた給湯
器の概略構成図である。

【図２】混合弁の概略構成図である。

【図３】湯水混合制御ルーチンを表すフローチャートで
ある。

【図４】演算駆動操作量と実際のステップ駆動量との関
係を表すグラフである。

【符号の説明】

１０…湯水混合制御装置、 １１…混合弁、 １２…弁
体、１３…ステッピングモータ、 １４…温度センサ、
２０…コントローラ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器により加熱された湯と、該熱交
   換器への給水路から分岐したバイパス管に供給された水
   とを混合して出湯する給湯器に用いられ、 上記湯と水とを、ステッピングモータにより駆動される
   弁体の位置に応じた混合比に調整する混合弁装置と、 上記混合された湯の出湯温度を検出する出湯温検出手段
   と、 上記検出された出湯温度と設定温度との温度偏差に基づ
   いて、上記ステッピングモータを駆動制御する混合制御
   手段とを備えた湯水混合制御装置において、 上記温度偏差に基づいて算出された演算弁体駆動量と実
   際のステッピングモータによる実弁体駆動量との差を累
   積する、あるいは算出された演算弁体駆動量の累積値と
   実際のステッピングモータによる実弁体駆動量の累積値
   との差を算出する累積誤差算出手段と、 上記算出された累積誤差が、ステッピングモータの略１
   ステップ以上の駆動量に達した場合には、ステッピング
   モータの駆動量を１ステップ増減補正する補正手段とを
   備えたことを特徴とする湯水混合制御装置。