JPH06257855A - 給湯器における水量制御弁の初期流水量設定方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 水圧の変動が生じても湯温のアンダーシュー
トやオーバーシュートが起こらないよう給湯器の水量制
御弁の移動量を設定する。 【構成】 給湯流水量をギアモータの回転移動時間によ
って制御する水量制御弁を備えた給湯器において、前記
ギアモータの弁移動時間と流水量との関係を各水圧ごと
に与えておく。燃焼定常運転中の流水量が設定量を越え
て変動したとき、ギアモータを駆動して流水量をΔＱだ
け変化させ、この変化に要した時間Δｔ₅から水量変動
後の水圧を５kg／cm² と推定する。次に、水量制御弁を
基準位置としての全開位置から湯温のアンダーシュート
やオーバーシュートを小さくする目標水量まで絞るギア
モータの弁移動時間ｔ_X を求め、給湯停止後に水量制御
弁をｔ_X 時間絞って待機し、次の再出湯に備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、再出湯時の湯温の安定
化を行う給湯器における水量制御弁の初期流水量設定方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６には、給湯器の一般的なシステム構
成が示されている。同図において、熱交換器２の入口側
には給水管３が接続されており、この給水管３には給水
温度を検出する入水サーミスタ10と、給水流量を検出す
る流量センサ９とが設けられている。熱交換器２の出口
側には給湯管４が接続され、この給湯管４の出口側には
給湯栓１が設けられている。さらに、給湯管４には水量
制御弁16と、出湯温度を検出する出湯サーミスタ11とが
設けられている。水量制御弁16は、図６に示す回転型の
バルブ方式のものや、図５に示すような上下移動型のシ
ャフト方式のものがあるが、何れも弁の開弁量を可変す
ることにより熱交換器２を通る水量を調節するものであ
る。

【０００３】熱交換器２の下方にはバーナ７、バーナ７
の点火を行うイグナイタ電極18、着火を検知するフレー
ムロッド電極19、および給排気を行う燃焼ファン５が配
設されており、バーナ７のガス導入口にはガスノズル６
が対向配置され、このガスノズル６に通じるガス管８に
はガス供給量を開弁量によって制御するガス比例弁13
と、管路の開閉を行うガス電磁弁12とが介設されてい
る。

【０００４】この種の給湯器には制御装置14が備えられ
ており、この制御装置14にはリモコン15が接続され、こ
のリモコン15には給湯温度を設定するボタンや設定温度
の表示部が設けられている。制御装置14は給湯器の給湯
動作を制御しており、図４の（ａ），（ｂ）に示すよう
に、給湯栓１が開けられると流量センサ９が給水量を検
出して、その給水量がある一定以上（最低作動流量）に
なったときに流量センサ９からの信号を受けて制御装置
14は燃焼ファン５を回転させる。そして、燃焼ファン５
の回転が所定の回転領域に入ったときにガス比例弁13を
開けてバーナ７へガスの供給を行い、イグナイタ電極18
による点火動作を行う。フレームロッド電極19がガスの
着火を検出すると、制御装置14はＰＩＤ演算等により出
湯温度を設定温度にするようフィードバック制御を行
い、給湯燃焼定常運転となり、ガス比例弁13の開弁量を
可変し、さらに、水量制御弁16の開弁量を可変して熱交
換器２から出る湯温の安定化制御を行う。

【０００５】そして、給湯栓１が閉められて流量センサ
９から制御装置14にオフ信号が加えられると、制御装置
14は燃焼加熱を停止して水量制御弁16を全開状態にし、
次の再出湯に備える。

【０００６】しかし、断続的に湯を使用した場合、一旦
給湯栓１を閉めて、次に給湯栓１を開いて再出湯させる
と、最初は前回使用時の熱交換器２や給湯管４に残って
いた湯が出るので設定温度に近い温度の湯が出るが、次
に給湯栓１が開けられてから通常のフィードバック制御
が行われるまで時間を要し、しかも、水量制御弁16が全
開状態であるため、熱交換器２にはフィードバック制御
が行われるまでの間に多量の冷たい水が入り込むことと
なり、この多量の水を設定温度まで加熱するにはバーナ
７の火力が追いつかず、設定温度よりかなり低いぬるい
アンダーシュートの湯が出るという現象が起こる。した
がって、再出湯時には、最初は設定温度の湯が出て、次
にぬるい湯が出て、次に正常な設定温度の湯が出るとい
う冷水サンドイッチ現象が生じ、湯の使用者に不快感を
与えるという問題があった。

【０００７】このような問題を解決するために、最近で
は、給湯栓１を閉めたときに水量制御弁16を全開状態に
してから一定量に絞った状態で次の出湯に備えて待機さ
せる方式のものが考えられている。この場合には、再出
湯させると、初めは前記のように前回使用時の給湯管４
や熱交換器２に残っていた湯が出るので設定温度に近い
湯が出て、次に、熱交換器２には水量制御弁16が絞った
状態であるので少量の水が入り込むため、この少量の水
は給湯栓１が開けられてから熱交換器２を出るまでの間
にフィードバック制御によって十分に設定温度まで加熱
されることとなる。したがって、再出湯時には前記の冷
水サンドイッチ現象のような湯温の変動がなくなり、湯
の使用者は不快感を感ずることなく、気持ちよく湯の使
用ができる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、水量制
御弁16を常に一定量だけ絞った状態で再出湯に備えて待
機させると、給水圧が水量制御弁16の開弁量に相応して
いる場合には、前記のように再出湯時の温度は常に設定
温度に近いものとなるが、給水圧は各戸により異なって
おり、また、何らかの原因で給水圧の変動が起きた場合
には、この給水圧に水量制御弁16の開弁量が相応しなく
なる。この場合には、再出湯時にかなり多量の水が熱交
換器２に入り込むことがあり、この多量の水を設定温度
まで加熱するには火力が追いつかず、やはり、湯温のア
ンダーシュートが起こるという問題が生じる。また、逆
に、再出湯時に少量の水が熱交換器２に入り込む場合に
は、この少量の水が設定温度以上の高温にまで加熱され
ることとなり、出湯温度は設定温度よりかなり高くな
り、湯温のオーバーシュートが起こるという問題が生じ
た。

【０００９】本発明は、上記従来の課題を解決するため
になされたものであり、その目的は、給水圧の変化が生
じても再出湯時の湯温が変動せずアンダーシュートやオ
ーバーシュートの起こらない給湯器における水量制御弁
の初期流水量設定方法を提供することである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために次のように構成されている。すなわち、本発
明の給湯器における水量制御弁の初期流水量設定方法
は、給湯器における水量制御弁の基準位置からの弁移動
時間と流量との基本関係データを各水圧ごとに与えてお
き、給湯器の給湯燃焼定常運転中での流水量を検出し、
この検出流水量が所定の設定量を越えて変動したときに
水量制御弁を動作させて流水量を現在流水量から所定の
基準流水量まで変化させ、その一方で、この流水量の変
化に要する時間を検出し、この検出時間と前記基本関係
データとにより水量変動後の水圧を推定し、この推定水
圧に該当する基本データに基づいて水量制御弁を基準位
置から給湯器の再出湯時における湯温のアンダーシュー
トやオーバーシュートを小さくする予め与えた目標水量
まで制御するのに要する時間を補正移動時間として求め
て記憶し、給湯器の給湯燃焼停止後に水量制御弁を基準
位置から前記補正移動時間制御駆動した状態で待機し、
次の再出湯に備えることを特徴としている。

【００１１】

【作用】給湯燃焼定常運転中に水圧の変動が起こった
り、又は、リモコン等からの設定温度変更により給水量
が変化して、検出流水量が所定の設定量を越えて変動し
た場合には、水量制御弁を動作させて現在流水量が基準
流水量となるまで流水量を変化させ、この変化させるの
に要した時間を検出時間として求め、この検出時間と基
本関係データとを用いて、水量変動後の水圧を推定す
る。次に、この推定水圧と基本関係データとを用いて、
水量制御弁を基準位置から湯温のアンダーシュートやオ
ーバーシュートが小さい目標流量に相当する開弁量とす
るまでの弁移動時間を求め、この弁移動時間を補正移動
時間として記憶する。給湯燃焼停止後には、水量制御弁
を基準位置から補正移動時間制御駆動した状態で、次の
出湯に備えて待機する。したがって、次の出湯時の初期
流水量は水圧変動後も水圧変動前と同じ目標水量とな
り、出湯温度はアンダーシュートやオーバーシュートの
ない安定したものとなる。

【００１２】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。なお、本実施例の説明において、従来例と同一の
名称部分には同一符号を付し、その重複説明は省略す
る。また、本実施例における給湯器のシステムは図６に
示すものと同様であるが、水量制御弁16は図５に示すよ
うなシャフト方式のものを使用している。このシャフト
方式の水量制御弁16は、ギアモータ17、シャフト30、弁
31、弁口32等を有して構成されており、ギアモータ17の
回転によりシャフト30と弁31とが進退移動し、弁口32の
塞ぎ加減により水量制御弁16の開弁量を調節するもので
ある。つまり、水量制御弁16の開弁量はギアモータ17の
駆動量、すなわち、ギアモータ17を駆動させる弁の開閉
移動時間に対応している。

【００１３】本実施例の水量制御弁の初期流水量設定方
法は、出湯温度のアンダーシュートやオーバーシュート
が一番小さくなるような流水量を目標水量として実験や
演算等により求めておき、水圧の変動が生じても再出湯
時の初期流水量が目標水量となる水量制御弁16のギアモ
ータ17の弁移動時間を制御するものである。

【００１４】この弁移動時間を制御する水圧変動制御部
27は制御装置14内に形成されており、水圧変動制御部27
は図１に示すように、水量検出部20と、水量変動検知部
21と、弁移動時間設定部22と、複数のタイマ23と、制御
弁駆動部24と、データ格納部26とを有して構成されてい
る。水量検出部20は、一定時間内に熱交換器２へ入り込
む流水量を検出流水量として検出するものである。水量
検出部20には演算回路が設けられており、タイマ23で設
定される所定の時間内における流量センサ９の流量検出
信号を積算し、これを検出流水量として検出する。

【００１５】水量変動検知部21は、水量検出部20からの
信号を受けて、給湯燃焼定常運転中の安定した検出流水
量を安定流水量としてデータ格納部26に記憶しておき、
内蔵されている比較演算回路を用いて検出流水量が安定
流水量よりも所定の設定量ΔＤを越えて変動したかどう
か検出する。検出流水量が設定量ΔＤを越えて変動した
とき、変動後の検出流水量を現在流水量としてデータ格
納部26に記憶し、現在流水量の変更命令を出力する。

【００１６】弁移動時間設定部22では、前記流水量の変
更命令を受け（検出し）、水量制御弁16のギアモータ17
を駆動して流水量を変化させ、この変化に要した時間を
検出時間として求め、この検出時間と、データ格納部26
に記憶されている図３に示すような基本関係データ、つ
まり、ギアモータ17の弁移動時間と流水量との関係を各
水圧ごとに与えたグラフデータを用いて水量変動後の水
圧を推定し、この推定水圧から給湯燃焼動作後のギアモ
ータ17の弁移動時間を設定するものである。具体的に
は、水量制御弁16のギアモータ16を閉駆動させて、デー
タ格納部26に記憶されている現在流水量から図３に示す
ように操作量ΔＱだけ減らして基準流水量とするまでに
要したギアモータ16の駆動時間（検出時間）をタイマ23
で計測し、この検出時間より基本関係データを用いて水
圧の推定が行われる。例えば、図３に示すように、現在
流水量から操作量ΔＱだけ減らして基準流水量とするの
に要するギアモータの駆動時間（検出時間）がΔｔ₅ の
ときは水圧が５kg／cm² であり、また、検出時間がΔｔ
₁ であったときは水圧が１kg／cm² と推定される。この
水量変動後の推定水圧に基づき、再び基本関係データを
用いて水量制御弁16を基準位置としての全開位置からデ
ータ格納部26に記憶されている目標水量に相当する開弁
量にまで制御するのに要するギアモータ17の弁移動時間
を補正移動時間として求め、この補正移動時間をデータ
格納部26に記憶する。例えば、水圧が５kg／cm² と推定
されるとき、補正移動時間をｔ_x としてデータ格納部26
に記憶する。

【００１７】制御弁駆動部24では、給湯栓１を閉じたと
きに一旦、水量制御弁16を全開するようにギアモータ17
を開駆動し、その後、データ格納部26に記憶されている
ギアモータ17の前記補正移動時間だけタイマ23動作を開
始すると同時に、ギアモータ17を閉駆動させ、タイマ23
のタイムアップ信号が出たときにギアモータ17の閉駆動
を停止する。

【００１８】次に、本実施例の具体的な制御動作を図２
に示すフローチャートに基づき説明する。給湯器の電源
をオンすると、ステップ102 で水量制御弁16の開弁量が
目標水量に相当するようにギアモータ17の弁移動時間を
初期値として、例えば1.5 秒がセットされる。次に、リ
モコン15のスイッチをオンしてから、出湯温度等を設定
する。

【００１９】次に、ステップ104 で流量センサ９がオン
か否かを判断し、否のときは給湯栓１が開けられるまで
待機する。給湯栓１が開けられて流量センサ９がオンし
たとき、制御装置14はガス比例弁12を開けてバーナ７へ
ガスの供給を行い、イグナイタ電極18による点火動作を
行う。フレームロッド電極19が着火を検知すると制御装
置14によるフィードバック制御が行われ、給湯燃焼定常
運転となる。給湯燃焼定常運転中では、ステップ105 と
106 で出湯温度が設定温度となるようガス比例弁13の開
弁量制御と合わせて給湯器の燃焼能力を最大に発揮する
よう水量制御弁16の開弁量制御が行われる。ステップ10
7 では出湯状態が安定し、設定温度の湯が安定した量で
出湯しているか否かを判断し、否のときは、出湯状態が
安定するまで待機する。出湯状態が安定している場合に
は、水量検出部20で検出された検出流水量を安定流水量
としてデータ格納部26に記憶し、ステップ108 で流量セ
ンサ９がオンかオフかを判断し、流量センサ９がオンの
とき、すなわち、給湯栓１が依然開けられたままで給湯
燃焼定常運転が継続しているときは、ステップ120から1
27 までの水圧変動検出（又は、現在流水量の変更命令
検出）と補正移動時間設定動作を行い、流量センサ９が
オフのとき、すなわち、給湯栓１が閉められたときに
は、ステップ109 から112 までの燃焼停止動作を行う。

【００２０】水圧変動検出（又は、現在流水量の変更命
令検出）と補正移動時間設定動作を行う初めのステップ
120 と121 では、水量検出部20で検出した検出流水量が
安定流水量に対してデータ記憶部26に記憶されている所
定の設定量ΔＤ以上に変動したか否かを判断し、否のと
きは以下に示すギアモータ17の弁移動時間の補正を行わ
ずに給湯燃焼定常運転を継続する。水圧が変動して検出
流水量が安定流水量に対して設定量ΔＤを越えて変動し
たときは、検出流水量を現在流水量としてデータ格納部
26に記憶して、ステップ122 以下の水圧推定動作を行
う。

【００２１】まず、ステップ122 と123 で、タイマ23の
動作をさせると同時に、図３に示すように現在流水量か
らギアモータ17を閉駆動させて水量制御弁16の開弁量を
少なくし、流水量を減らしていく。ステップ124 で流水
量が操作量ΔＱだけ変化して所定の基準流水量となった
ときに、ギアモータ17の閉駆動を停止させると同時にス
テップ125 で計測タイマをストップし、現在流水量から
基準流水量まで流水量ΔＱだけ減らすのに要したギアモ
ータ17の弁移動時間を検出時間としてデータ格納部26に
記憶する。ステップ126 では弁移動時間設定部22におい
て、データ格納部26に記憶した現在流水量と検出時間と
からデータ格納部26に記憶されている基本関係データを
用いて水量変動後の水圧を推定する。例えば、検出時間
がΔｔ₃のときは水圧が３kg／cm² と推定する。この推
定水圧に該当する基本関係データに基づいて、水量制御
弁16を全開位置から目標水量に相当する開弁量までに絞
るのに要するギアモータ17の弁移動時間を補正移動時間
として求め、これをデータ格納部26に記憶する。例え
ば、前記のように水圧が３kg／cm² と推定されるとき
は、補正移動時間はｔ_Y としてデータ格納部26に記憶さ
れる。

【００２２】一方、ステップ108 で給湯栓１が閉められ
て流量センサ９がオフしたとき、ステップ109 〜112 ま
での燃焼停止動作に入り、ステップ109 で燃焼加熱を停
止し、ステップ110 と111 でギアモータ17は制御弁駆動
部24からの指令を受けて、水量制御弁16が全開となるま
で開駆動を行う。水量制御弁16が全開となったところ
で、ギアモータ17はデータ格納部26に記憶されている補
正移動時間だけ水量制御弁16を閉じる方向に駆動し、こ
の状態でステップ103 に戻り、次の出湯に備えて待機す
る。

【００２３】以上の制御動作により、水圧に変動が起こ
ったり、設定温度変更等で流水量が変化し、流水量が所
定の設定量を越えて変動しても再出湯時の初期流水量が
湯温のアンダーシュートやオーバーシュートを小さくす
る目標水量となるようその水圧に応じたギアモータ17の
弁移動時間が基本関係データに基づき補正移動時間とし
て求められ記憶される。したがって、再出湯時には水量
制御弁16は全開位置からギアモータ17の補正移動時間に
相当する分だけ閉じられているので、初期流水量は常に
水圧変動前又は、設定温度変更等による流水量変動前と
同じ目標水量を維持し、出湯温度はアンダーシュートや
オーバーシュートのない安定したものとなり、気持ちよ
く湯の使用ができる。

【００２４】なお、本発明は上記実施例に限定されるこ
とはなく、様々な実施の態様を採り得る。例えば、上記
実施例では水量制御弁16としてシャフト方式のもので説
明したが、バルブ方式のものを使用してもよい。

【００２５】また、上記実施例では基本関係データを図
３に示すグラフデータとして与えたが、表データ、演算
データ（演算式）等で与えてもよい。

【００２６】さらに、上記実施例では、水量制御弁16の
全開位置を基準位置としたが、水量制御弁16の全閉位置
又は水量制御弁16の全閉位置と全開位置の中間位置等、
その他水量制御弁16の所望の位置を基準位置としてもよ
い。このように基準位置を任意に設定しても、給湯燃焼
停止時に水量制御弁16を基準位置から弁移動させるギア
モータ17の補正移動時間は、図３に示す基本関係データ
の水量制御弁16の基準位置から目標水量に相当する開弁
量まで開閉駆動させるのに要するギアモータ17の移動時
間として図３に示す基本関係データより求められる。さ
らに、給湯器のシステム構成は図６に示されたものに限
定されるものではない。

【００２７】

【発明の効果】本発明によれば、水圧の変動が起こり、
流水量が所定の設定量を越えて変動しても再出湯時の初
期流水量が湯温のアンダーシュートやオーバーシュート
を小さくする目標水量となるようその水圧に応じた水量
制御弁の基準位置からの弁移動時間が補正移動時間とし
て設定される。したがって、燃焼停止後には水量制御弁
は基準位置から補正移動時間に相当する分だけ制御駆動
して、次の出湯を待機することとなり、再出湯時の初期
流水量は常に水圧変動前と同じ目標水量を維持し、出湯
温度はアンダーシュートやオーバーシュートのない安定
したものとなり、気持ちよく湯の使用ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る給湯器における水量制御弁の初期
流水量設定方法を行うブロック構成図である。

【図２】本実施例の動作を示すフローチャートである。

【図３】同実施例の基本関係データを示すグラフであ
る。

【図４】流水量と出湯温度の経時変化を示すグラフであ
る。

【図５】シャフト式のギアモータを示す断面図である。

【図６】給湯器の一般的なシステム構成図である。

【符号の説明】

16 水量制御弁 ΔＤ 設定量

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 均 神奈川県大和市深見台３丁目４番地 株式 会社ガスター内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 給湯器における水量制御弁の基準位置か
   らの弁移動時間と流量との基本関係データを各水圧ごと
   に与えておき、給湯器の給湯燃焼定常運転中での流水量
   を検出し、この検出流水量が所定の設定量を越えて変動
   したときに水量制御弁を動作させて流水量を現在流水量
   から所定の基準流水量まで変化させ、その一方で、この
   流水量の変化に要する時間を検出し、この検出時間と前
   記基本関係データとにより水量変動後の水圧を推定し、
   この推定水圧に該当する基本データに基づいて水量制御
   弁を基準位置から給湯器の再出湯時における湯温のアン
   ダーシュートやオーバシュートを小さくする予め与えた
   目標水量まで制御するのに要する時間を補正移動時間と
   して求めて記憶し、給湯器の給湯燃焼停止後に水量制御
   弁を基準位置から前記補正移動時間制御駆動した状態で
   待機し、次の再出湯に備えることを特徴とする給湯器に
   おける水量制御弁の初期流水量設定方法。