JP2014150599A - Water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、寒冷地など、外気温が低下する環境で使用される給湯装置に関する。 The present invention relates to a hot water supply apparatus used in an environment where the outside air temperature decreases, such as in a cold district.
内部にガスバーナを備え、そのガスバーナの炎で水を加熱して給湯する給湯装置では、ガスバーナの排気が多量に排出されるので、一般的には屋外に設置される場合が多い。一方、給湯装置を使用する際には、電源スイッチがオンされている状態であれば、室内に設けられた蛇口を開くと、直ちに給湯装置内の水通路に水流が生じ、その水流を検知してガスバーナへ点火すると共に、給湯温度を設定温度にするため、流量調節弁が作動して適切な水量に設定している。 In a hot water supply apparatus that includes a gas burner inside and heats water with the flame of the gas burner to supply hot water, a large amount of exhaust from the gas burner is discharged. Therefore, it is generally installed outdoors. On the other hand, when using the hot water supply device, if the power switch is turned on, opening the faucet provided in the room immediately creates a water flow in the water passage in the hot water supply device, and detects the water flow. In order to ignite the gas burner and set the hot water supply temperature to the set temperature, the flow rate control valve is activated to set an appropriate amount of water.
この流量調節弁はステッピングモータによって駆動されるものであり、流量を増減するための弁体を、このステッピングモータで進退させて、弁体の位置を移動させることにより流量を増減している。 The flow rate adjusting valve is driven by a stepping motor, and the flow rate is increased or decreased by moving the position of the valve body by moving a valve body for increasing or decreasing the flow rate by moving the valve body forward or backward.
大型のステッピングモータを用いれば作動は安定するが、ステッピングモータが大型化し、かつコストが高くなるので、必要最小限の大きさのステッピングモータが使用されている。但し、ステッピングモータを始動する際には比較的大きなトルクが必要とされるので、ステッピングモータの始動時に高トルクを得ることができる始動方法が提案されている(例えば、特許文献1参照)。 If a large stepping motor is used, the operation is stable, but the stepping motor becomes large and the cost increases. Therefore, a stepping motor having a minimum size is used. However, since a relatively large torque is required when starting the stepping motor, a starting method capable of obtaining a high torque when starting the stepping motor has been proposed (for example, see Patent Document 1).
上記従来のステッピングモータの始動方法は、常温下で要求される始動トルクを発生させるためのものである。ところが、ステッピングモータには潤滑のためグリスが用いられているが、低温になるとそのグリスの稠度が高くなり、グリスがいわゆる「カタイ」状態になる。このような低温下でステッピングモータを始動する際には、常温下で要求される始動トルクよりも大きなトルクが必要になり、スムーズな始動が困難になるおそれが生じる。 The conventional stepping motor starting method is for generating a starting torque required at room temperature. However, grease is used for lubrication in stepping motors, but when the temperature is low, the consistency of the grease increases and the grease enters a so-called “cutting” state. When starting the stepping motor at such a low temperature, a torque larger than the starting torque required at room temperature is required, which may make it difficult to start smoothly.
そこで本発明は、上記の問題点に鑑み、低温下においても流量調節弁のステッピングモータをスムーズに始動させることのできる給湯装置を提供することを課題とする。 Then, this invention makes it a subject to provide the hot water supply apparatus which can start the stepping motor of a flow control valve smoothly even in low temperature in view of said problem.
上記課題を解決するために本発明による給湯装置は、熱交換器に接続された水通路に流量調節弁を設け、この流量調節弁の流量をステッピングモータによって増減することにより出湯量を調節する給湯装置において、ステッピングモータの温度が所定の設定温度より低温になったと判断した場合に、ステッピングモータに内蔵されている励磁コイルに電流を連続通電し、ステッピングモータを加熱することを特徴とする。 In order to solve the above problems, a hot water supply apparatus according to the present invention is provided with a flow rate adjustment valve in a water passage connected to a heat exchanger, and the hot water supply amount is adjusted by increasing or decreasing the flow rate of the flow rate adjustment valve with a stepping motor. In the apparatus, when it is determined that the temperature of the stepping motor has become lower than a predetermined set temperature, a current is continuously supplied to the excitation coil built in the stepping motor to heat the stepping motor.
ステッピングモータには回転軸に固定されたロータと、そのロータを囲繞する励磁コイルとが設けられている。ロータを回転させる場合には励磁コイルにパルス状の信号である駆動パルスを供給するが、その励磁コイルに電流を連続通電してもロータは回転しない。そこで、ステッピングモータの温度が所定の設定温度より低温になり、グリスの稠度が上がって大きな駆動トルクが必要となる状態になると、励磁コイルに電流を連続通電して励磁コイルを発熱させるようにした。励磁コイルが発熱するとステッピングモータの温度が上昇してグリスの稠度が下がり、始動トルクが低減される。 The stepping motor is provided with a rotor fixed to the rotating shaft and an exciting coil surrounding the rotor. When the rotor is rotated, a drive pulse, which is a pulse signal, is supplied to the exciting coil, but the rotor does not rotate even when a current is continuously supplied to the exciting coil. Therefore, when the temperature of the stepping motor becomes lower than the predetermined set temperature and the consistency of the grease increases and a large driving torque is required, the excitation coil is heated by continuously energizing the excitation coil. . When the exciting coil generates heat, the temperature of the stepping motor increases, the consistency of the grease decreases, and the starting torque is reduced.
なお、上記ステッピングモータは供給される駆動パルスの位相が相違する複数の励磁コイルを備えており、上記ステッピングモータを加熱する際に全ての励磁コイルに電流を連続通電すれば、励磁コイルの発熱量が多くなり、連続電流する通電時間を短縮することができる。 The stepping motor has a plurality of exciting coils with different phases of the supplied drive pulses. When the stepping motor is heated, if the current is continuously supplied to all the exciting coils, the amount of heat generated by the exciting coils. As a result, the energization time for continuous current can be shortened.
上記構成では、ロータを回転させずにステッピングモータを加熱したが、電流を連続通電する以外の手段でもロータを回転させることなくステッピングモータを加熱することができる。そのそうな他の手段を用いた給湯装置は、熱交換器に接続された水通路に流量調節弁を設け、この流量調節弁の流量をステッピングモータによって増減することにより出湯量を調節する給湯装置において、このステッピングモータは複数の励磁コイルを備えており、駆動回路から各励磁コイルに対して相互に位相が相違する駆動パルスを供給することによりステッピングモータのロータが回転するものであって、ステッピングモータの温度が所定の設定温度より低温になったと判断した場合に、上記駆動回路から上記複数の励磁コイルのうちの1つに対して駆動パルスを供給し、ステッピングモータを加熱することを特徴とする。 In the above configuration, the stepping motor is heated without rotating the rotor. However, the stepping motor can be heated without rotating the rotor by means other than continuously energizing the current. A hot water supply apparatus using such other means is provided with a flow rate adjustment valve in a water passage connected to a heat exchanger, and the hot water supply apparatus adjusts the amount of discharged hot water by increasing or decreasing the flow rate of the flow rate adjustment valve with a stepping motor. The stepping motor is provided with a plurality of exciting coils, and the stepping motor rotor is rotated by supplying driving pulses having mutually different phases from the driving circuit to the exciting coils. When it is determined that the temperature of the motor has become lower than a predetermined set temperature, a drive pulse is supplied from the drive circuit to one of the plurality of exciting coils to heat the stepping motor. To do.
ステッピングモータは複数の励磁コイルを備えており、駆動回路から各励磁コイルに対して相互に位相が相違する駆動パルスを供給することによりステッピングモータのロータが回転するが、複数の励磁コイルのうちの1つに対して駆動パルスを供給しただけではロータは回転しない。ロータは回転しないが、励磁コイルに駆動パルスが供給されればその励磁コイルは発熱し、ステッピングモータを加熱する。 The stepping motor includes a plurality of excitation coils, and the rotor of the stepping motor rotates by supplying drive pulses having different phases to each excitation coil from the drive circuit. The rotor does not rotate only by supplying a drive pulse to one. Although the rotor does not rotate, if a drive pulse is supplied to the excitation coil, the excitation coil generates heat and heats the stepping motor.
なお、上記駆動回路は上記ステッピングモータを加熱するために供給する駆動パルスと同相の駆動パルスを他の励磁コイルにも同時に供給することによって加熱量を増加させてもよい。ステッピングモータは各励磁コイルに対して相互に位相が相違する駆動パルスを供給することによってロータが回転するので、同相の駆動パルスを複数の励磁コイルに供給してもロータが回転することはない。 Note that the drive circuit may increase the heating amount by simultaneously supplying a drive pulse having the same phase as the drive pulse supplied to heat the stepping motor to other exciting coils. Since the stepping motor rotates the rotor by supplying drive pulses having different phases to each excitation coil, the rotor does not rotate even if in-phase drive pulses are supplied to a plurality of excitation coils.
ところで、通電開始から予め設定された時間、通電するようにしてもよいが、温度センサを上記ステッピングモータの励磁コイルの近傍に設け、この温度センサが検知する温度が上記所定の設定温度より低温になると励磁コイルへの通電を開始し、温度センサが検知する温度が上記所定の設定温度より高温である第2の設定温度に達すると励磁コイルへの通電を停止するようにしてもよい。 By the way, it is possible to energize for a preset time from the start of energization. However, a temperature sensor is provided in the vicinity of the excitation coil of the stepping motor, and the temperature detected by the temperature sensor is lower than the predetermined set temperature. Then, energization to the excitation coil may be started, and energization to the excitation coil may be stopped when the temperature detected by the temperature sensor reaches a second set temperature that is higher than the predetermined set temperature.
以上の説明から明らかなように、本発明は、ステッピングモータの温度が低温になり必要とされる始動トルクが大きくなった場合、ステッピングモータを加熱してグリスを柔らかくして始動トルクを低減させるので、ステッピングモータをスムーズに始動させることができる。 As is apparent from the above description, the present invention reduces the starting torque by heating the stepping motor and softening the grease when the temperature of the stepping motor becomes low and the required starting torque increases. The stepping motor can be started smoothly.
図1を参照して、1は給湯装置であり、その給湯装置1内に流量調節弁2が設けられている。この流量調節弁2には水の通路である弁口21が設けられており、この弁口21に対して進退自在に設けられた弁体22を備えている。この弁体22を弁口21に近づければ、弁口21の開口面積が減少して弁口21を通過する水量が減少する。逆に、弁体22を弁口21から離すと、弁口21の開口面積が増加して弁口21を通過する水量が増加する。なお、弁口21を通過する水量は水量センサ23によって検知することができる。
Referring to FIG. 1, reference numeral 1 denotes a hot water supply device, and a flow
弁口21を通過した水は下流の熱交換器24を通過する際に、図外のガスバーナの炎によって加熱され、蛇口Wへと供給される。蛇口Wが閉じていれば弁口21での水流は停止しており、水は流れない。蛇口Wを開けると弁口21を水が通過するが、その水流が生じたことを水量センサ23が検知して、図外のガスバーナに点火される。また同時に、出湯温度が設定された温度になるように、弁体22の位置が調節され水量が調節される。
When the water that has passed through the
この弁体22を進退させるため、流量調節弁2にはステッピングモータ3が取り付けられている。そして、このステッピングモータ3の回転軸に取り付けられたウォームギア31が正逆回転することによって弁体22が進退移動する。
A stepping motor 3 is attached to the flow
図2を参照して、ステッピングモータ3の回転軸32にはロータ33が取り付けられている。このロータ33の外周面には2列の磁極34が形成されている。各磁極34を囲繞するように第1の励磁コイル35と第2の励磁コイル36とが設けられている。
Referring to FIG. 2, a
各励磁コイル35,36には駆動回路を内蔵した駆動ユニット5から各々駆動パルスが供給される。励磁コイル35に供給される駆動パルスをAとし、励磁コイル36に供給される駆動パルスをBとすると、ステッピングモータ3を駆動するためには両励磁コイル35,36に供給される駆動パルスA,Bの位相を互いに相違させる必要があり、その相違状態によってロータ33が正逆回転する。
Each
駆動ユニット5には電源部6から電力が供給され、コントローラからの指示に応じた駆動パルスを励磁コイル35,36に供給する。
Electric power is supplied to the
本実施の形態では、ステッピングモータ3に温度センサ4を取り付けた。この温度センサ4は可及的に励磁コイル35,36に近い位置に取り付けることが望ましい。給湯装置1は寒冷地などに設置された場合や、あるいは、寒冷地でなくても屋外に設置された場合であって冬季の特に天候の悪い状態では、給湯装置1の内部は低温になる。
In the present embodiment, the temperature sensor 4 is attached to the stepping motor 3. The temperature sensor 4 is preferably attached at a position as close to the
図3を参照して、温度センサ4の検知温度が予め設定された設定温度(例えば−30℃)まで低下すると、コントローラ7は駆動ユニット5に対して指示を出力し、駆動ユニット5はその指示に従っていずれか一方の励磁コイル、本実施に形態では励磁コイル35に対して電流を連続通電する(図3(a))。すると、励磁コイル35は発熱してステッピングモータ3を加熱する。温度センサ4の検知温度が、上記設定温度よりも高い第2の設定温度(例えば−20℃)まで上昇すると、励磁コイル35への連続電流を停止するようにした。
Referring to FIG. 3, when the temperature detected by temperature sensor 4 decreases to a preset temperature (for example, −30 ° C.), controller 7 outputs an instruction to drive
ところで、励磁コイル35のみに連続通電したが、(b)に示すように、励磁コイル36にも同時に連続通電してもよい。この場合には、両励磁コイル35,36が同時に発熱するので、より短い時間で第2の設定温度(例えば−20℃)まで上昇させることができる。
By the way, although only the
また、加熱を行うための通電時にはステッピングモータ3が駆動しなければよいので、必ずしも電流を連続通電する必要はなく、図4の(a)に示すように、励磁コイル35に対してのみ駆動パルスを供給してもよい。この場合、励磁コイル36には駆動パルスが供給されないのでステッピングモータ3は駆動することなく、励磁コイル35が発熱してステッピングモータ3を加熱することになる。
Further, since it is not necessary to drive the stepping motor 3 at the time of energization for heating, it is not always necessary to continuously energize the current, and as shown in FIG. May be supplied. In this case, since no drive pulse is supplied to the
また、図4(b)に示すように、励磁コイル36に対しても同時に励磁コイル35に供給している駆動パルスと同相の駆動パルスを供給してもよい。この場合、両励磁コイル35,36に供給される駆動パルスが相互に同相であるため、ステッピングモータ3は駆動しないが、両励磁コイル35,36が発熱するので、(a)に示した励磁コイル35のみに駆動パルスを供給する場合よりもより短時間で第2の設定温度まで上昇させることができる。
Further, as shown in FIG. 4B, a drive pulse having the same phase as the drive pulse supplied to the
ところで、給湯装置1内には図示しないが、配管内の凍結を防止するため、配管にヒータを取り付け、そのヒータへの通電を制御するための別途の温度センサが設けられている機種がある。そのような機種の場合には、上記温度センサ4を廃止して、その凍結防止のために取り付けられた温度センサの検知温度を本発明に使用してもよい。なお、その場合には、連続電流の開始からの通電時間を予め設定しておき、その通電時間が終了した時点で連続電流を停止すればよい。また、この通電時間は固定された時間でもよいし、温度センサの検知温度に応じて変更するように構成してもよい。 By the way, although not shown in the hot water supply apparatus 1, there is a model in which a heater is attached to the pipe and a separate temperature sensor is provided to control energization of the heater in order to prevent the pipe from freezing. In the case of such a model, the temperature sensor 4 may be abolished and the temperature detected by the temperature sensor attached to prevent freezing may be used in the present invention. In that case, the energization time from the start of the continuous current may be set in advance, and the continuous current may be stopped when the energization time ends. In addition, the energization time may be a fixed time or may be configured to change according to the temperature detected by the temperature sensor.
なお、本発明は上記した形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変更を加えてもかまわない。 In addition, this invention is not limited to an above-described form, You may add a various change in the range which does not deviate from the summary of this invention.
1 給湯装置
2 流量調節弁
3 ステッピングモータ
4 温度センサ
5 駆動ユニット
6 電源部
7 コントローラ
21 弁口
22 弁体
31 ウォームギア
33 ロータ
34 磁極
35 励磁コイル
36 励磁コイル
W 蛇口
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