(57)【要約】【課題】高水圧時にハンチングを防止し、かつ低水圧時に高速応答できるよう水量制御弁を駆動する。【解決手段】水量特性の傾きの大きさに応じ、水量制御弁１の弁位置によって駆動速度を変化させることにより、高水圧時の水量制御安定性と低水圧時の高速応答を両立させることができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
水量制御弁と、水量センサを備え、目標水量と実水量の偏差によって水量弁駆動速度を変化させる手段と、弁の移動区間を制御上分割し、分割された移動区間それぞれに異なる弁駆動速度を与え、段階的に弁の開閉駆動速度を変化させる水量制御手段を設けたことを特徴とする給湯機。
【請求項２】
弁の位置によって単位弁移動量あたりの水量変化率が変化する弁移動区間で連続的に弁の開閉駆動速度を変えることが可能な請求項１記載の水量制御手段を設けたことを特徴とする給湯機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、給湯機の水量制御弁の制御方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来の給湯機の構成を図４に示し、水量制御弁の構成を図５に示す。また水量制御弁の水量特性図を図６に、水量制御弁の駆動速度表を（表１）に示す。
【０００３】
【表１】
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【０００４】
図４において水量制御弁１は熱交換器２の下流側に配置され、熱交換器２の上流には水量センサ３が配置されている。また、入水サーミスタ４が水入口部５に、出湯サーミスタ６が湯出口部７に配置してある。
【０００５】
図５において、水量制御弁１はステッピングモータ８の回転をギヤボックス９を通じて弁体１０の前後運動に伝える構成となっている。また水量制御弁１は駆動用の電力供給以外に位置検出信号を伝えるよう電装ユニット１５と電気的に接続されている。
【０００６】
給湯機の電装ユニット１１では水量センサ３および入水サーミスタ４からの信号および、リモコン１２で設定された出湯温度設定から必要な熱量の出力値を演算する。その際、給湯機の持つ最大出力が先の必要出力値と比較して足りない場合、水量を絞ることで設定温度になるよう水量制御弁１を駆動する。水量制御弁１はステッピングモータ８を回転させることで弁体１０を前後させ水量を調節する。なお表２に記載のように、従来の水量制御弁の動作としては、設定された目標水量に近づけるよう弁を駆動して目標水量になると弁駆動を停止している。その際、目標水量と実水量偏差によって速度を可変し、偏差が大きいときは駆動速度を早く、偏差が小さく目標水量に近づくと駆動速度を下げ、水量のアンダーシュート、オーバーシュート、ハンチングなどの不安定な水量収束を防いでいた（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特開平３−２０４５５５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、従来の給湯機用水量制御弁の駆動手段では、目標水量との偏差の大きさによって弁駆動速度は変化させていたが、弁の位置に対しては弁可動範囲全域を同じ速度で駆動していた。このとき弁の単位移動距離あたりの水量変化量の関係が弁の位置によって異なる場合、弁可動範囲全域の速度を水量変化量が最も大きい弁位置においてハンチングしない程度に遅くする必要があった。その結果、逆に低水圧時には目標水量に達する時間が遅くなり、しいては出湯温度が設定温度になるのに時間がかかるという問題があった。
【０００８】
本発明は上記従来の課題を解決するもので、水量制御弁の水量調節において高水圧時の収束安定性と低水圧時の収束高速化を同時に満足させる給湯機の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前記課題を解決するために、水量制御弁と、水量センサを備え、目標水量と実水量の偏差によって水量弁駆動速度を変化させる手段と、弁の移動区間を制御上分割し、分割された移動区間それぞれに異なる弁駆動速度を与え、段階的に弁の開閉駆動速度を変化させる構成としてある。これにより、弁の位置によってハンチングしない最高の駆動速度を設定することで、高水圧時のハンチングを押さえ、かつ低水圧時の駆動速度を最大限上げることができる。
【発明の効果】
【００１０】
以上のように本発明によれば、弁の位置によってハンチングしない最高の駆動速度を設定することで、高水圧時のハンチングを押さえ、かつ低水圧時の駆動速度を最大限上げることができ、出湯温度を早く設定温度に収束させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
第１の発明は、水量制御弁と、水量センサを備え、目標水量と実水量の偏差によって水量弁駆動速度を変化させる手段と、弁の移動区間を制御上分割し、分割された移動区間それぞれに異なる弁駆動速度を与え、段階的に弁の開閉駆動速度を変化させることにより、高水圧時に多いハンチング等の不安定な水量収束を防ぎ、低水圧時は駆動速度を早くして水量収束を早めるができる。
【００１２】
第２の発明は、第１の発明の給湯機の水量制御手段において、弁の位置によって単位弁移動量あたりの水量変化率が変化する弁移動区間で連続的に弁の開閉駆動速度を変えることで、水量変化の傾きが変化する区間において駆動速度を連続的に変えることにより、傾きが急激に変化する場合にもハンチングを防ぐことができる。
【００１３】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、本実施の形態によって本発明が限定されるものではない。
【００１４】
（実施の形態１）
実施の形態１における給湯機の本体構成、および水量制御弁構成は背景技術の項に記載の例と同じであるため説明を割愛する。
【００１５】
（表２）は本発明の第１の実施形態における水量制御弁の弁位置区分とその弁位置における弁駆動速度の表である。
【００１６】
【表２】
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【００１７】
（表２）は縦方向に目標水量と実水量の偏差による３段階の駆動速度区分が、横方向に本発明の弁位置による３段階の駆動速度区分を示している。よって、合計９個に細分化された駆動速度によって、水量制御弁が駆動されることになる。図１の水量制御弁位置と水量特性のグラフで説明する。ここで駆動速度の与え方だが、区間Ａは水量グラフのように、高水圧時／低水圧時ともに曲線の傾きが小さく弁の移動距離に対し水量変化量が少ないことを表す。よって、早い駆動速度を与えてもオーバーシュートが出にくく、一番早い速度を与えることができる。一方区間Ｃでは曲線の傾きが急勾配になっていて、移動距離に対する水量変化量が大きいため、駆動速度が早すぎるとオーバーシュートを起こしやすく制御上不安定である。また駆動速度が遅くても比較的早く目標水量に達するため、一番遅い速度で十分である。また区間Ａと区間Ｃの中間である区間Ｂは先に説明した理由から、区間Ａと区間Ｃの中間程度の速度となる。
【００１８】
ここで、図１の水量制御弁位置と水量特性のグラフにより、本発明の動作について説明する。図１は高水圧時と低水圧時における弁位置と水量の特性を表す。そこで例として、水量制御弁が全開位置から６Ｌ／ｍｉｎの位置を目標水量として動作する場合を考える。まず高水圧時において、水量制御弁は全開位置にあるため、（表２）の（速度１）の速度で動くことになる。このとき区間Ａの間は最高速で動くことになる。次に区間Ｂでは、大部分を（速度４）で動き、目標流量との偏差が４Ｌ／ｍｉｎ未満になると（速度５）となる。次に区間Ｃも同様に目標流量との偏差を境に段階的に（速度８）から（速度９）へと駆動速度が変化していく。このようにして水量制御弁は弁位置によって、駆動速度を変化させることができる。一方、低水圧時は区間Ａでは（速度３）、区間Ｂのなかでは目標流量に達するまで（速度６）で動作する。よって低水圧時は各区間の最低速度で動くことになるが、この場合においても区間Ｂより早い速度で区間Ａを通過するため、従来に比べて、収束速度は早くなる。
【００１９】
以上のように、本実施の形態においては、弁位置によって水量変化量が変化するような水量制御弁であっても、従来に比べ早い速度で水量制御弁が動くため、水量制御の応答を早めることが可能となる。
【００２０】
（実施の形態２）
図２は第２の実施形態における駆動速度と水量制御弁位置のグラフである。実施の形態１では区間ごとに速度が変わるときその速度は不連続であったが、実施の形態２では区間Ｃから区間Ｄの間の速度を１次式で表されるような直線的に変化する速度でつなぎ、連続的に速度を変化させる。図３の水量制御弁位置-水量特性グラフによると、特に区間Ｄは勾配が急でわずかな弁の移動で大きく水量が変化することを表しており、図２の区間Ｄの手前の区間Ｃのように徐々に速度が変化していれば、水量制御上のオーバーシュート、アンダーシュート、ハンチング等の収束の不安定さを解消しやすくなる。なお図２の区間Ａと区間Ｂの間においても必要であれば区間Ｃのように直線式で補完してもよい。
【００２１】
また、各弁制御区間を跨ぐ際、万が一制御上誤差が生じて弁位置がずれていた場合においても、速度変化が滑らかなため、オーバーシュート、アンダーシュート等の不具合が生じにくいという効果もある。
【産業上の利用可能性】
【００２２】
以上のように本発明に係る水量制御弁駆動方法を用いた給湯機は、水量制御弁を搭載したガス、石油給湯機や電気式貯湯給湯機、ヒートポンプ給湯機全般に適用できる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態１における水量制御弁位置と水量特性を示すグラフ
【図２】本発明の実施の形態２における水量制御弁位置と弁駆動速度を示すグラフ
【図３】本発明の実施の形態２における水量制御弁位置と水量特性を示すグラフ
【図４】従来の給湯機の構成図
【図５】従来の給湯機の水量制御弁の構成図
【図６】従来の給湯機における水量制御弁位置と水量特性を示すグラフ
【符号の説明】
【００２４】
１  水量制御弁
２  熱交換器
３  水量センサ
４  入水サーミスタ
５  水入口部
６  出湯サーミスタ
７  湯出口部
８  ステッピングモータ
９  ギヤボックス
１０  弁体
１１  電装ユニット
１２  リモコン
１３  バーナ
１４  燃料制御弁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図５】
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【図６】
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【図４】
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