特開 2022-42073 給湯装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022042073

(43)【公開日】2022-03-14

(54)【発明の名称】給湯装置

(51)【国際特許分類】

   F24D 17/00 20220101AFI20220307BHJP

   F24H 15/212 20220101ALI20220307BHJP

【ＦＩ】

F24D17/00 L

F24H1/10 302H

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020147260

(22)【出願日】2020-09-02

(71)【出願人】

【識別番号】000000538

【氏名又は名称】株式会社コロナ

(72)【発明者】

【氏名】竹原 正貴

(72)【発明者】

【氏名】木村 貴宏

(72)【発明者】

【氏名】村山 成樹

【テーマコード（参考）】

3L034

3L073

【Ｆターム（参考）】

3L034DA04

3L073AA15

3L073AA18

3L073AC10

3L073AD01

3L073AD05

3L073AD07

3L073AE06

(57)【要約】

【課題】 出湯停止中の機器の駆動音を小さくしながら、ミキシング弁を正常に維持できる給湯装置を提供する。
【解決手段】 加熱手段により加熱された湯と、給水管から供給された水とを混合し、ミキシング弁の開度をステッピングモータを駆動して変化させて混合湯を設定された湯温になるように調整する給湯装置であって、ミキシング弁の開度をステッピングモータで制御するミキシング弁制御回路と、出湯中か出湯停止中かを検出する出湯検出回路と、を備え、ミキシング弁制御回路は、出湯検出回路が出湯中を検出している場合に、ステッピングモータの駆動周波数を第１駆動周波数で駆動し、出湯検出回路が出湯停止中を検出している場合に、ステッピングモータの駆動周波数を第１駆動周波数より大きい第２駆動周波数で駆動する給湯装置
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

加熱手段により加熱された湯と、給水管から供給された水とを混合し、
ミキシング弁の開度をステッピングモータを駆動して変化させて混合湯を設定された湯温になるように調整する給湯装置であって、
前記ミキシング弁の開度を前記ステッピングモータで制御するミキシング弁制御回路と、
出湯中か出湯停止中かを検出する出湯検出回路と、を備え、
前記ミキシング弁制御回路は、前記出湯検出回路が出湯中を検出している場合に、
前記ステッピングモータの駆動周波数を第１駆動周波数で駆動し、
前記出湯検出回路が出湯停止中を検出している場合に、
前記ステッピングモータの駆動周波数を前記第１駆動周波数より大きい第２駆動周波数で駆動することを特徴とする給湯装置。

【請求項2】

前記ミキシング弁の開度が予め定められた基準開度となったときに、検出信号を前記ミキシング弁制御回路に出力するよう構成され、
前記ミキシング弁制御回路は、前記ステッピングモータに対して、前記ミキシング弁の開度を前記基準開度へ向けて、前記ミキシング弁から前記検出信号を受信するまで継続的に駆動させる基準位置初期化処理を実行し、
前記基準位置初期化処理は、出湯停止中に開始し、
前記ステッピングモータに対して、前記第２駆動周波数で駆動して、タイマーをカウント開始し、
前記タイマーが所定時間内に前記検出信号を受信した場合は、前記基準位置初期化処理を終了し、
前記タイマーが所定時間内に前記検出信号を受信しなかった場合は、
前記ステッピングモータに対して、前記第１駆動周波数で駆動することを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。

【請求項3】

前記ステッピングモータが、前記第１駆動周波数で駆動する代わりに第１の励磁方式で駆動し、
前記第２駆動周波数で駆動する代わりに第１の励磁方式とは異なる第２の励磁方式で駆動することを特徴とする請求項１または２に記載の給湯装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は給湯装置に関し、特に湯と水を混合して設定温度の混合湯を得るようにした給湯装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来、この種のものでは、出湯停止中において、次回の出湯に備えて、熱交換器内の温度の変化に応じたタイミングで、湯と水を混合して設定温度の混合湯を得るミキシング弁の混合弁体の開度の調整を行うものがある。（例えば、特許文献１参照）
また、出湯停止から所定時間経過後に基準位置初期化処理を実施し、前記ミキシング弁の混合弁体の位置を基準位置に戻す処理を行っているものがある。（例えば、特許文献２参照）

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００３－２８７２８０号公報

【特許文献2】特許第５５０２７７２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一般に、ミキシング弁が駆動する際は、前記ミキシング弁を駆動する際の駆動音が発生するが、この従来のものでは、出湯中の場合は、本体給湯装置のバーナ部の燃焼音や出湯時に蛇口やシャワーから出る水音によって、前記ミキシング弁の駆動音についてユーザが不快に感じることはないが、出湯停止中の前記ミキシング弁の駆動音は、出湯停止中にもかかわらず前記ミキシング弁の駆動音が発生するため、ユーザに不快感を与えるという問題があった。

【0005】

そこで、前記ミキシング弁の駆動音に対する対策として、前記ミキシング弁を駆動するステッピングモータの駆動周波数を高くして前記ミキシング弁の駆動音を小さくすることは可能だが、一般には駆動周波数を高くすると駆動トルクは小さくなってしまい、これにより機器の経時変化により前記ミキシング弁の混合弁体に異物が固着して前記ミキシング弁を正常な開度に調整できず、設定温度の湯温に調整できないほか、前記ミキシング弁の基準位置初期化処理ができなくなってしまう可能性があった。

【0006】

本発明はかかる背景を鑑みてなされたものであり、出湯停止中の機器の駆動音を小さくしながら、前記ミキシング弁を正常に維持できる給湯装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明は上記目的を達成するためになされたものであり、請求項１では、加熱手段により加熱された湯と、給水管から供給された水とを混合し、ミキシング弁の開度をステッピングモータを駆動して変化させて混合湯を設定された湯温になるように調整する給湯装置であって、前記ミキシング弁の開度を前記ステッピングモータで制御するミキシング弁制御回路と、出湯中か出湯停止中かを検出する出湯検出回路と、を備え、前記ミキシング弁制御回路は、前記出湯検出回路が出湯中を検出している場合に、前記ステッピングモータの駆動周波数を第１駆動周波数で駆動し、前記出湯検出回路が出湯停止中を検出している場合に、前記ステッピングモータの駆動周波数を前記第１駆動周波数より大きい第２駆動周波数で駆動することを特徴としたことを特徴とした。

【0008】

請求項２では、前記ミキシング弁の開度が予め定められた基準開度となったときに、検出信号を前記ミキシング弁制御回路に出力するよう構成され、前記ミキシング弁制御回路は、前記ステッピングモータに対して、前記ミキシング弁の開度を前記基準開度へ向けて、前記ミキシング弁から前記検出信号を受信するまで継続的に駆動させる基準位置初期化処理を実行し、前記基準位置初期化処理は、出湯停止中に開始し、前記ステッピングモータに対して、前記第２駆動周波数で駆動して、タイマーをカウント開始し、前記タイマーが所定時間内に前記検出信号を受信した場合は、前記基準位置初期化処理を終了し、前記タイマーが所定時間内に前記検出信号を受信しなかった場合は、前記ステッピングモータに対して、前記第１駆動周波数で駆動することを特徴とすることを特徴とした。

【0009】

請求項３では、前記ステッピングモータが、前記第１駆動周波数で駆動する代わりに第１の励磁方式で駆動し、前記第２駆動周波数で駆動する代わりに第１の励磁方式とは異なる第２の励磁方式で駆動することを特徴とすることを特徴とした。

【発明の効果】

【0010】

請求項１によれば、ステッピングモータの経時変化に伴ったカルキ詰まりや、異物の混入や弁固着により、ミキシング弁の混合弁体が動きにくくなった場合でも、出湯中は前記ステッピングモータの駆動周波数をトルク優先で駆動させる第１駆動周波数で駆動させるので、前記混合弁体の固着障害を解除でき、前記混合弁体が動かなくなってユーザが設定した設定温度の湯が出ないといったリスクを回避できる。また、出湯停止中は、主な駆動音の発生源がミキシング弁であり、前記ステッピングモータを第１駆動周波数より大きい第２駆動周波数で駆動させて、前記ステッピングモータを低騒音で駆動できる駆動周波数で駆動させるので、駆動音を低減でき、ユーザに不快感を与えることがなく快適に使用できる。

【0011】

請求項２では、出湯停止中に行う基準位置初期化処理で、前記ステッピングモータを低騒音の駆動周波数である前記第２駆動周波数で駆動させるので、駆動音を低減でき、ユーザに不快感を与えることがなく快適に使用でき、万一、前記第２駆動周波数では前記基準位置初期化処理が完了しなかった場合は、駆動トルクが大きい前記第１駆動周波数で前記ステッピングモータを駆動するので、前記混合弁体の固着障害を解消することができ、結果的にエラーの発生頻度を低減させ、機器が使用できなくなることを回避して快適に使用できる。

【0012】

請求項３では、前記ステッピングモータの駆動方法を、トルク優先で行う方式である前記第１駆動周波数で駆動させる代わりに、同じくトルク優先で駆動させる第１の励磁方式で駆動させ、さらに、前記ステッピングモータを低騒音で駆動させる方式である前記第２駆動周波数で駆動させる代わりに、同じく低騒音で駆動させる方式である第２の励磁方式で駆動させることにより、出湯中は前記ステッピングモータの固着障害を解消でき、前記混合弁体が動かなくなってユーザが設定した設定温度の湯が出ないといったリスクを回避でき、出湯停止中は駆動音を低減でき、ユーザに不快感を与えることがなく快適に使用できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態を説明する概略構成図

【図2】本発明の同実施形態の電気回路のブロック図

【図3】本発明の同実施形態のミキシング弁の断面図

【図4】本発明の同実施形態のミキシング弁の制御回路ブロック図

【図5】本発明の同実施形態の制御フロー図

【図6】本発明の同実施形態のミキシング弁の基準位置初期化処理の制御フロー図

【図7】本発明の第２の実施形態のミキシング弁の制御回路ブロック図

【発明を実施するための形態】

【0014】

図１～図７を参照して、本発明の実施形態に係る給湯装置を説明する。
なお、各図において、共通する構成要素や同種の構成要素については、同一の符号を付し、それらの重複する説明を適宜省略する。

【0015】

図１に示すように、１は給湯装置で、大別して給湯回路２、風呂追焚き回路３、風呂湯張り回路４より構成されるものである。

【0016】

まず、給湯回路２について説明すると、５は給水管、６は給水の温度を検出する給水温度センサ、７は給水量を検出する給水流量センサ、８は給湯用熱交換器、９は出湯管、１０は給湯用熱交換器８の出口側の湯温を検出する出湯温度センサ、１１は給水管５から給湯用熱交換器８をバイパスして出湯管９に接続するバイパス管、１２は出湯管９からの高温の湯とバイパス管１１からの低温の水とを混合して適温に制御するミキシング弁、１３は給湯管、１４は混合された湯の温度を検出する給湯温度センサ、１５は過流出を防止する水比例弁、１６は給湯管１３の端部に設けられた蛇口、１７は給湯用熱交換器８を加熱する加熱手段としてのバーナ部、６０は給湯用熱交換器８の表面温度を検出する熱交換器温度センサである。

【0017】

次に、風呂追焚き回路３について説明すると、１８は浴槽、１９は風呂戻り管、２０は風呂往き管、２１はバーナ部１７により加熱される風呂用熱交換器、２２は浴槽１８内の湯を強制循環させる循環ポンプ、２３は循環する浴槽水の温度を検出する風呂温度センサ、２４は浴槽水の循環の有無を検出する流水スイッチ、２５は浴槽１８内の水位を圧力によって検出する圧力センサから成る水位検出器、２６は後述する風呂湯張り回路４と風呂追焚き回路３を接続する湯張り三方弁である。

【0018】

次に、風呂湯張り回路４について説明すると、２７は前記給湯回路２の給湯管１３の下流側より分岐され、前記風呂追焚き回路３の湯張り三方弁２６に接続された風呂湯張り管、２８は風呂湯張り管２７を開閉する湯張り電磁弁、２９は風呂湯張り管２７を通過する流量を検出する湯張り流量センサ、３０は浴槽水の給湯回路２への逆流を防止するために二重に設けられた逆止弁で、予め設定された設定湯張り量の湯を浴槽１８へ湯張りするものである。

【0019】

次に、３１はマイクロコンピュータより構成されこの給湯装置１の制御を行う制御部である。
また、３２は制御部３１に接続されて給湯装置１の操作指示を行うリモコンで、風呂自動スイッチ３３や風呂設定温度変更スイッチ３４、給湯設定温度変更スイッチ３５、追焚きスイッチ３６などの各種操作スイッチと表示器３７とが設けられているものである。

【0020】

更に図２に示す如く、制御部３１の入力側には給水温度センサ６、給水流量センサ７、出湯温度センサ１０、熱交換器温度センサ６０、水位検出器２５などの上記した各種センサ群３８や、前記した風呂自動スイッチ３３や風呂設定温度変更スイッチ３４、給湯設定温度変更スイッチ３５、追焚きスイッチ３６などの各種操作スイッチが接続されており、又出力側にはバーナ部１７の燃焼を制御するバーナ駆動回路３９、上記した湯張り三方弁２６を制御する三方弁制御回路４０、表示器３７、循環ポンプ２２、ミキシング弁１２を駆動させるステッピングモータ４６がそれぞれ接続されて通電制御されるものである。

【0021】

また、制御部３１は、給水流量センサ７から入力された信号をもとに出湯中か出湯停止中かを判断する出湯検出回路５２と、ミキシング弁１２を制御するミキシング弁制御回路５３と、ミキシング弁制御回路５３が基準位置初期化処理を行うための制限時間をカウントするタイマー５４を備える。

【0022】

次に図３に示すミキシング弁１２について説明する。
４１は出湯管９からの湯が流通する湯流路４２と、該湯流路４２より稍小径でバイパス管１１からの給水が流通する水流路４３とを１８０度反対位置で対向させて連通した混合部で、内方には内部を空洞とし周壁半分以上を開放口４４とした混合弁体４５が備えられている。

【0023】

４６は駆動軸４７を介して混合弁体４５を駆動するステッピングモータで、混合部４１上方にネジ４８で固定されている。４９は混合部４１の底部で混合弁体４５の空洞部分と連通し湯と水の混合湯が流通する混合流路で、途中には混合湯温を検出する給湯温度センサ１４が備えられている。

【0024】

制御部３１は、リモコン３２の給湯設定温度変更スイッチ３５で設定された設定温度と、給湯温度センサ１４が検出する実際の混合湯温との偏差値からステッピングモータ４６の駆動を制御して、ミキシング弁１２の混合弁体４５の開度を調節することによって、湯と水の混合比を調節するものである。

【0025】

図４でミキシング弁１２の駆動回路について説明する。
ミキシング弁制御回路５３は、出湯検出回路５２から入力された信号をもとに、ステッピングモータ４６の駆動周波数の切り替えを行う駆動周波数切替回路５０と、パルス発生を行う駆動パルス発生回路５１とを備え、ステッピングモータ４６を駆動させる。

【0026】

次にこの発明一実施形態の作動を図５をもとに説明する。
今蛇口１６を開いて出湯を開始すれば、ミキシング弁制御回路５３は、Ｓ００１にてこれを出湯検出回路５２が給水流量センサ７により出湯として検出し、Ｓ００２に遷移し、ステッピングモータ４６の駆動に当たり、駆動トルク優先の第１駆動周波数（例えば１８０ｐｐｓ）でステッピングモータ４６を駆動する。

【0027】

混合弁体４５の開度の調整は、ミキシング弁制御回路５３が、給湯設定温度変更スイッチ３５からの信号をもとに、混合弁体４５を湯と水との混合比が所定値になる位置に移動させ、湯流路４２と水流路４３の開口度を同時に調節する。
そして、湯流路４２からは給湯用熱交換器８で加熱された湯が供給されると共に、水流路４３からは冷水が供給されて混合部４１で混合され混合流路４９を介して供給され、給湯温度センサ１４が実際の混合湯温を検出し設定温度との偏差値をもとに、ステッピングモータ４６を再度駆動し混合弁体４５の位置を最終的に微調整して決定するものであり、以後は設定温度の混合湯を得ることが出来るものである。

【0028】

これにより、出湯中は、経時変化に伴ったカルキ詰まりや、異物の混入や弁固着により、混合弁体４５が動きにくくなった場合でも、出湯中は駆動周波数を第１駆動周波数で駆動させて、混合弁体４５をトルク優先で駆動させるので、混合弁体４５の固着障害を解消でき、混合弁体４５が動かなくなってユーザが設定した設定温度の湯が出ないといったリスクを回避できる。

【0029】

次に、蛇口１６を閉止すると、ミキシング弁制御回路５３は、Ｓ００１にて出湯検出回路５２が給水流量センサ７により出湯停止として検出し、Ｓ００３に遷移し、ステッピングモータ４６の駆動に当たり、第１駆動周波数より大きい第２駆動周波数（例えば５００ｐｐｓ）でステッピングモータ４６を駆動する。

【0030】

これにより、出湯停止時に行う混合弁体４５の開度調整では、第１駆動周波数より大きい第２駆動周波数で駆動させて、混合弁体４５を低騒音で駆動できる駆動周波数で駆動させるので駆動音を低減でき、ユーザに不快感を与えることがなく快適に使用できる。

【0031】

次に、ミキシング弁１２の基準位置初期化処理について図６をもとに説明する。
ミキシング弁制御回路５３は、出湯停止となってから所定時間経過後（例えば１０分後）に、ミキシング弁１２の基準位置初期化処理を行い、混合弁体４５の基準開度の位置にズレが生じないようにしている。

【0032】

ミキシング弁制御回路５３は、Ｓ００４にて基準位置初期化処理にかかる時間の制限時間をカウントするタイマー５４をリセットし、Ｓ００５にてカウントを開始する。Ｓ００６にてタイマー５４が所定時間内であれば、Ｓ００７にてステッピングモータ４６を第１駆動周波数より低騒音で駆動できる第２駆動周波数（例えば５００ｐｐｓ）で駆動させ、混合弁体４５の回転範囲角度を規制する回転角規制部材（図示せず）に設けられた磁石とホール素子（図示せず）により、混合弁体４５が所定位置にくると（すなわち回転角規制部材に設けられた磁石がホール素子上にくる）、Ｓ００８にて前記ホール素子から検出信号を受信すると基準開度であると判断して基準位置初期化処理を終了する。基準開度でなかった場合はＳ００６に遷移する。

【0033】

Ｓ００６にてタイマー５４が所定時間に達するとＳ００９へ遷移し、タイマー５４をリセットし、Ｓ０１０にてカウントを開始する。Ｓ０１１にてタイマー５４が所定時間内であれば、Ｓ０１２にてステッピングモータ４６をトルク優先で駆動できる第１駆動周波数（例えば１８０ｐｐｓ）で駆動させ、混合弁体４５の回転範囲角度を規制する前記回転角規制部材に設けられた前記磁石と前記ホール素子により、混合弁体４５が所定位置にくると、Ｓ０１３にて前記ホール素子から検出信号を受信すると基準開度であると判断して基準位置初期化処理を終了する。基準開度でなかった場合はＳ０１１に遷移する。

【0034】

Ｓ０１１にてタイマー５４が所定時間に達するとＳ０１４へ遷移し、リモコン３２の表示器３７にてエラー発報を行って処理を終了する。

【0035】

これにより、Ｓ００７では低騒音で駆動できる第２駆動周波数で駆動させたので、駆動音を低減でき、ユーザに不快感を与えることがなく快適に使用でき、万一、第２駆動周波数での駆動で所定時間内に基準開度とならなかった場合でも、Ｓ０１２で第２駆動周波数より駆動トルクが大きい第１駆動周波数で駆動させるので、カルキによる混合弁体４５の固着を解除できる。

【0036】

次に、図７にて第２の実施形態について説明する。
ミキシング弁制御回路５３は、出湯検出回路５２から入力された信号をもとに、ステッピングモータ４６へのパルス発生を行う駆動パルス発生回路５１と、トルク優先で駆動できる第１の励磁方式で駆動させる第１励磁方式駆動回路５６ａと、第１の励磁方式より低騒音優先で駆動できる第２の励磁方式で駆動させる第２励磁方式駆動回路５６ｂと、第１励磁方式駆動回路５６ａをステッピングモータ４６と接続する第１励磁方式優先スイッチ５７ａと、第２励磁方式駆動回路５６ｂをステッピングモータ４６と接続する第２励磁方式優先スイッチ５７ｂとを備え、ステッピングモータ４６を駆動させる。

【0037】

ミキシング弁制御回路５３は、第１励磁方式優先スイッチ５７ａおよび第２励磁方式優先スイッチ５７ｂは、いずれか一方のみがオンとなるように制御し、出湯中はトルク優先で駆動できる第１の励磁方式で駆動させ、出湯停止中は低騒音優先で駆動できる第２の励磁方式で駆動させる。

【0038】

これにより、出湯中は、経時変化に伴ったカルキ詰まりや、異物の混入や弁固着により、混合弁体４５が動きにくくなった場合でも、出湯中は第１の励磁方式で駆動させて、混合弁体４５をトルク優先で駆動させるので、混合弁体４５の固着障害を解除でき、混合弁体４５が動かなくなってユーザが設定した設定温度の湯が出ないといったリスクを回避できる。
また、出湯停止中は、第２の励磁方式で駆動させて、混合弁体４５を低騒音で駆動させるので駆動音を低減でき、ユーザに不快感を与えることがなく快適に使用できる。

【0039】

なお、第１の励磁方式として２相励磁方式を、第２の励磁方式として２相励磁方式より駆動音が小さく振動が少ないとされる１－２相励磁方式を選んでもよい。
さらに、第１の励磁方式として（Ｎ＋１）相励磁方式を、第２の励磁方式として（Ｎ＋１）相励磁方式より駆動音が小さく振動が少ないとされ、Ｎ相励磁と（Ｎ＋１）相励磁を交互に繰り返す方式のＮ－（Ｎ＋１）相励磁方式を選んでもよい。

【0040】

さらに、２相励磁方式と１－２相励磁方式が、励磁相を入力パルスに応じてオンオフすることにより、一定角ずつ混合弁体４５を回転させるのに対し、励磁相の１相の電流値を徐々に上げていき、もう１相の電流値を徐々に下げることによって一定角ずつ混合弁体４５を回転させるマイクロステップ駆動を応用し、混合弁体４５の回転ステップ角が大きくまたは制御電流値の大きい制御方式を第１の励磁方式に、逆に回転ステップ角が小さくまたは制御電流値の小さい制御方式を第２の励磁方式としてもよい。

【0041】

なお、この一実施形態では給水をバーナ部１７の燃焼で直接加熱する直圧方式の給湯機で説明したが、これに限定されることなく、例えば常に一定温度の温水を貯湯しておく貯湯方式の給湯機でも良い。

【0042】

なお、本実施形態で用いたその他の構成は一例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図しておらず、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

【符号の説明】

【0043】

１ 給湯装置
１２ ミキシング弁
４５ 混合弁体
４６ ステッピングモータ
５２ 出湯検出回路
５３ ミキシング弁制御回路
５４ タイマー

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】