JP2560578B2 - バイパスミキシング方式の給湯装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はバイパスミキシング方式
の給湯装置に関する。具体的にいうと、本発明は、熱交
換器を通過した湯とバイパス通路を通過した水を混合し
て設定温度の湯を出湯するバイパスミキシング方式の給
湯装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】バイパスミキシング方式の給湯装置とし
ては、例えば特開昭６３−３１１０３９号公報に開示さ
れたものがある。これは、給湯路の熱交換器から出湯さ
れる高温の湯とバイパス通路を通過した水とを混合する
ことによって設定温度の湯をカラン等の給湯部から出湯
させるものであり、熱交換器側においては熱交換器を加
熱するガスバーナの燃焼力を能力制御装置でフィードフ
ォワード制御することによって設定温度よりも高温の疑
似設定温度の湯を熱交換器から出湯させている。一方、
バイパス通路においては、バイパス通路を流れる水の流
量をバイパス弁でフィードバック制御することにより、
熱交換器から出湯された湯とバイパス通路を通過した水
の混合比率を調整し、給湯部から設定温度の湯を吐出さ
せている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このようなバイパスミ
キシング方式の給湯装置においては、バイパス弁の弁位
置の調整が脱調したり、弁の固着等によって動作しなく
なったりすると、バイパス弁が動かなくなるため、給湯
部から設定温度の湯が吐出されなくなる。特に、弁開度
が小さな状態でバイパス弁が故障すると、給湯部から高
温の湯が吐出されるため、危険であった。

【０００４】しかし、従来の給湯装置にあっては、バイ
パス弁の故障を検出することができなかったので、バイ
パス弁が故障すると、熱交換器から出湯された高温の湯
がそのまま給湯部から出湯されることがあった。

【０００５】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところはバイパス弁の
故障を検知する機能を有するバイパスミキシング方式の
給湯装置を提供することにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明によるバイパスミ
キシング方式の給湯装置は、熱交換器を有する給湯路
と、熱交換器の入口側及び出口側をバイパスするよう給
湯路に接続されたバイパス通路と、バイパス通路に設け
たバイパス弁及びバイパス弁の開度を制御する弁制御装
置と、熱交換器を通過する流量を検出する流量検知器
と、入水温度を検知する入水温度検知器と、熱交換器か
らの出湯温度を検出する湯温検知器と、熱交換器から出
湯された湯とバイパス通路を通過した水との混合温度を
検出するミキシング温度検知器と、流量検知器、入水温
度検知器、湯温検知器の各検出値及び弁制御装置による
バイパス弁の制御量から給湯温度を演算し、給湯温度の
演算値とミキシング温度検知器で検知した給湯温度とを
比較することによってバイパス弁の故障を検出する故障
検出部とを備えたことを特徴としている。

【０００７】

【作用】本発明にあっては、流量検知器、入水温度検知
器、湯温検知器の各検出値及び弁制御装置によるバイパ
ス弁の制御量から給湯温度の計算値を求め、これをミキ
シング温度検知器で検知した実際の給湯温度と比較す
る。 すなわち、バイパス弁が正常であれば、バイパス流
量の演算値Ｑｃｃは、バイパス弁の制御量、たとえば弁
制御装置であるステッピングモータのステップ数Ｎと流
量検知器で検出された熱交換器側の流量Ｑｈとから決ま
る。バイパス弁の制御量（ステップ数）Ｎによってバイ
パス流量Ｑｃと湯側流量Ｑｈとの分配比αが決まり、 Ｑｃ／Ｑｈ＝α（Ｎ） となるので、 Ｑｃｃ＝Ｑｈ・α（Ｎ）＝ｆ（Ｑｈ，Ｎ） …（イ） となるからである。この（イ）式の関係は例えば実験的
に予め求めておくことができる。 このバイパス流量の演
算値Ｑｃｃが求まると、給湯温度の演算値Ｔｅｍは、入
水温度検知器で検知された入水温度Ｔｃと湯温検知器で
検出された熱交換器からの出湯温度Ｔｈを用いて、熱力
学的な関係式 Ｔｃｍ＝（Ｑｈ・Ｔｈ＋Ｑｃｃ・Ｔｃ）／（Ｑｈ＋Ｑｃｃ） …（ロ） から求めることができる。 ここで、バイパス弁が正常で
あれば、（イ）式が正しいので（ロ）式も正しくなり、
（ロ）式より求めた給湯温度の演算値Ｔｃｍはミキシン
グ温度検知器で検出した給湯温度（湯水混合温度）Ｔｍ
とほぼ等しくなる。 これに対し、バイパス弁が故障して
いれば、（イ）式が正しくなくなるので（ロ）式も正し
くなくなり、（ロ）式より求めた給湯温度の演算値Ｔｃ
ｍとミキシング温度検知器で検出した給湯温度Ｔｍとが
一致しなくなる。 従って、給湯温度の演算値Ｔｃｍと実
際の給湯温度Ｔｍとのずれの大きさを評価し、ずれが大
きい場合にはバイパス弁が故障であると判断し、ずれが
一定値以下であれば正常であると判断することができ
る。

【０００８】

【実施例】図１は本発明の一実施例によるバイパスミキ
シング方式の給湯装置を示す概略構成図である。給湯路
１は、熱交換器２の入口と市水等の入水部３の間を結ぶ
給水配管１ａと、熱交換器２の出口とカランやシャワー
等の給湯部４の間を結ぶ給湯配管１ｂとから構成されて
いる。給水配管１ａと給湯配管１ｂとの間には熱交換器
２の入口及び出口間をバイパスするようにしてバイパス
通路５が設けられている。

【０００９】給水配管１ａのバイパス通路分岐点よりも
上流側には入水温度Ｔｃを検知するサーミスタ等の入水
温度センサ６が設けられており、給水配管１ａの熱交換
器２側には熱交換器２を通過する流量（湯側流量）Ｑｈ
を検出する流量センサ７が設けられている。バイパス通
路５には、バイパス通路５を通過する水の流量（バイパ
ス流量）Ｑｃを制御するためのバイパス弁８が設けられ
ており、バイパス弁８はバイパス弁駆動用ステッピング
モータ９によって弁開度を制御されている。給湯配管１
ｂのバイパス通路接続点よりも熱交換器２側には熱交換
器２から出湯される高温の湯の温度Ｔｈを検出するため
のサーミスタ等の湯温センサ１０が設けられている。さ
らに、給湯配管１ｂのバイパス通路接続点よりも給湯部
４側には、熱交換器２から出湯された湯とバイパス通路
５を通過した水との混合温度Ｔｍを検出するためのミキ
シング温度センサ１１と、総流量Ｑｔを制御するための
過流出防止弁１２とが設けられている。また、１３は熱
交換器２を通過する水を加熱するためのガスバーナ、１
４はガスバーナ１３の燃焼力を制御するための能力制御
装置である。

【００１０】図２は給湯部４から設定温度の湯を吐出さ
せるための給湯温度制御部１５の構成を示す。給湯温度
制御部１５は、能力制御装置１４でガス量をフィードフ
ォワード制御することによって熱交換器２から高温の湯
を出湯させるためのフィードフォワード制御部（以下、
ＦＦ制御部という。）１６と、バイパス弁８でバイパス
流量Ｑｃをフィードバック制御することによって給湯部
４から設定温度Ｔｓの湯を吐出させるためのフィードバ
ック制御部（以下、ＦＢ制御部という。）１７と、疑似
設定温度演算部１８とから構成されている。

【００１１】１９は給湯部４の希望設定温度Ｔｓを入力
する設定器であって、設定器１９の出力は疑似設定温度
演算部１８に接続されている。疑似設定温度演算部１８
では、設定温度Ｔｓ及び入水温度センサ６により検知さ
れている入水温度Ｔｃに応じて設定温度Ｔｓよりも高温
の疑似設定温度Ｔｐｓが演算される。すなわち、入水部
３から流入した総流量Ｑｔのうち熱交換器２側に流れる
湯側流量Ｑｈとバイパス通路５を流れるバイパス流量Ｑ
ｃの仮分配比（既定値）を Ｑｃ／Ｑｈ＝α とするとき、疑似設定温度Ｔｐｓは、 Ｔｐｓ＝（１＋α）Ｔｓ−αＴｃ … によって求められる。この疑似設定温度Ｔｐｓは、容易
に確かめられるように設定温度Ｔｓよりも高温である
が、上限温度（例えば、８０℃）を設定されている。

【００１２】ＦＦ制御部１６へは疑似設定温度演算部１
８の演算出力や入水温度センサ６及び流量センサ７の検
知信号が出力されており、ＦＦ制御部１６はこれらのセ
ンサ出力に基づいて熱交換器２からの出湯温度が疑似設
定温度Ｔｐｓとなるよう能力制御装置１４によりガスバ
ーナ１３の燃焼力をフィードフォワード制御する。

【００１３】一方、ＦＢ制御部１７には設定器１９から
の信号やミキシング温度センサ１１の検知信号が入力さ
れており、ＦＢ制御部１７はミキシング温度センサ１１
によって検知されている混合温度Ｔｍと設定温度Ｔｓと
の偏差（Ｔｍ−Ｔｓ）に基づきステッピングモータ９を
駆動してバイパス弁８の開度を調整し、混合温度Ｔｍが
設定温度Ｔｓと等しくなるようバイパス通路５を流れる
水量をフィードバック制御する。なお、バイパス弁８の
制御方向（例えば、バイパス弁８を開く、あるいは閉じ
る）を決めるためには、図２のような構成で十分である
が、混合温度Ｔｍを速やかに設定温度Ｔｓに収束させる
ため、入水温度や流量の検出値等も用いてバイパス弁８
の制御速度もコントロールしてもよい。

【００１４】このようにしてバイパスミキシング方式の
給湯装置においては、能力制御装置１４によるガス量の
フィードフォワード制御とバイパス弁８によるバイパス
流量Ｑｃのフィードバック制御とによって給湯部４から
設定温度Ｔｓの湯を出湯している。しかし、バイパス弁
８が故障してバイパス弁８の弁位置等の調整が狂った
り、弁がケーシング等に固着して動かなくなった場合、
バイパス流量Ｑｃの制御が不可能となるので、上記のよ
うな制御方式のみでは給湯部４から設定温度Ｔｓの湯を
給湯できなくなる。このため、本発明の給湯装置にあっ
ては、図１に示すようにバイパス弁８の故障を検出する
ための故障検出部２０を備えている。

【００１５】図３はバイパス弁８の故障を検出するため
の故障検出部２０の構成を示す。故障検出部２０は、バ
イパス流量演算部２１、総流量演算部２２、給湯温度演
算部２３及び比較判断部２４とから構成されている。バ
イパス通路５には流量センサが設けられていないので、
バイパス通路５を流れるバイパス流量Ｑｃはバイパス流
量演算部２１によって湯側流量Ｑｈとステッピングモー
タ９のステップ数Ｎとから求められる。すなわち、バイ
パス流量演算部２１には、流量センサ７の検出値Ｑｈと
ステッピングモータ９のステップ数Ｎが入力されてお
り、バイパス流量演算部２１は、次式に従ってバイパス
流量の演算値Ｑｃｃを求める。 Ｑｃｃ＝ｆ（Ｑｈ，Ｎ） …… ここで、バイパス流量Ｑｃと湯側流量Ｑｂの分配比αは
バイパス弁８の開度で決まり、バイパス弁８の開度はス
テッピングモータ９のステップ数Ｎによって制御される
ので、バイパス流量Ｑｃは上記式のように湯側流量Ｑ
ｈとステッピングモータ９のステップ数Ｎの関数として
表わすことができ、これをバイパス流量演算部２１に予
め記憶させておくことによりバイパス流量の演算値Ｑｃ
ｃを求めることができるのである。

【００１６】また、バイパス流量演算部２１及び流量セ
ンサ７の出力は総流量演算部２２に入力されており、総
流量演算部２２では両入力信号に基づき総流量の演算値
Ｑｃｔを Ｑｃｔ＝Ｑｈ＋Ｑｃｃ に従って演算する。

【００１７】さらに、総流量演算部２２、バイパス流量
演算部２１、流量センサ７、湯温センサ１０及び入水温
度センサ６の出力は給湯温度演算部２３に入力されてお
り、給湯温度演算部２３では、これらの入力信号に基づ
き給湯温度の演算値Ｔｃｍを Ｔｃｍ＝（Ｑｈ・Ｔｈ＋Ｑｃｃ・Ｔｃ）／Ｑｃｔ に従って演算する。

【００１８】バイパス弁８が正常であれば、こうして演
算された給湯温度の演算値Ｔｃｍはミキシング温度セン
サ１１によって検出している混合温度Ｔｍとほぼ等し
い。一方、バイパス弁８に故障が発生していれば、演算
によって求めたバイパス流量Ｑｃｃが実際のバイパス流
量Ｑｃと異なり、給湯温度の演算値Ｔｃｍと検出されて
いる混合温度Ｔｍとの間に差が生じる。そこで、比較判
断部２４はミキシング温度センサ１１の検出温度Ｔｍと
給湯温度演算部２３の演算値Ｔｃｍとの偏差が一定値以
上か以下かを比較することによってバイパス弁８の故障
の有無を判断し、判定結果を出力する。

【００１９】比較判断部２４の出力がバイパス弁８の正
常であることを示すものであれば、給湯温度制御部１５
は、通常どおり能力制御装置１４によってガス量をフィ
ードフォワード制御すると共にバイパス弁８によってバ
イパス流量Ｑｃをフィードバック制御することにより給
湯部４から設定温度Ｔｓの湯を給湯する。これに対し、
比較判断部２４の出力がバイパス弁８の異常を示すもの
であれば、給湯温度制御部１５は、設定温度Ｔｓとミキ
シング温度センサ１１で検出している混合温度Ｔｍとの
偏差（Ｔｍ−Ｔｓ）に基づき、給湯部４から設定温度Ｔ
ｓの湯を給湯するよう能力制御装置１４によってガス量
をフィードバック制御する。

【００２０】なお、上記実施例においては、全体の構成
を簡略化するためバイパス通路５に流量センサ７を設け
ていないため、熱交換器２側の流量センサ７によって検
知された湯側流量Ｑｈとステッピングモータ９のステッ
プ数Ｎとからバイパス流量Ｑｃを演算により求めたが、
バイパス通路５にバイパス流量Ｑｃを検出するための流
量センサを設け、この流量センサの検出値を用いて給湯
温度の演算値Ｔｃｍを求めても差し支えない。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、給湯温度の計算値をミ
キシング温度検知器で検知した実際の出湯温度と比較す
ることにより、バイパス弁の故障を検出することができ
る。従って、バイパス弁に故障が発生した時には直ちに
故障を検出し、例えば熱交換器の能力を小さくしたり、
給湯を中止したりすることにより、カランやシャワー等
の給湯栓から高温の湯が吐出されるのを防止することが
でき、給湯装置の安全性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による給湯装置の概略構成図
である。

【図２】同上の給湯温度制御部を示すブロック回路図で
ある。

【図３】同上の故障検出部を示すブロック回路図であ
る。

【符号の説明】

１ 給湯路 ２ 熱交換器 ５ バイパス通路 ６ 入水温度センサ ７ 流量センサ ８ バイパス弁 ９ ステッピングモータ １０ 湯温センサ １１ ミキシング温度センサ ２０ 故障検出部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 熱交換器を有する給湯路と、熱交換器の
   入口側及び出口側をバイパスするよう給湯路に接続され
   たバイパス通路と、バイパス通路に設けたバイパス弁及
   びバイパス弁の開度を制御する弁制御装置と、熱交換器
   を通過する流量を検出する流量検知器と、入水温度を検
   知する入水温度検知器と、熱交換器からの出湯温度を検
   出する湯温検知器と、熱交換器から出湯された湯とバイ
   パス通路を通過した水との混合温度を検出するミキシン
   グ温度検知器と、流量検知器、入水温度検知器、湯温検
   知器の各検出値及び弁制御装置によるバイパス弁の制御
   量から給湯温度を演算し、給湯温度の演算値とミキシン
   グ温度検知器で検知した給湯温度とを比較することによ
   ってバイパス弁の故障を検出する故障検出部とを備えた
   バイパスミキシング方式の給湯装置。