JP2014150599A - Water heater - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To solve such a problem that a torque larger than a start torque required under normal temperature is necessary when starting a stepping motor under a low temperature because the stickiness of grease increases, but a sufficient start torque cannot be generated by a conventional starting method, and there is a risk that the stepping motor cannot be started smoothly.SOLUTION: When a determination is made that the temperature of a stepping motor is lower than a predetermined set temperature, a current is conducted continuously through an exciting coil built in the stepping motor, so that the stepping motor is heated and the stickiness of grease decreases.

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).

特開平３−４０７９９号公報（第２頁左上欄作用の項）Japanese Patent Laid-Open No. 3-40799 (2nd page, upper left column)

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.

本発明の一実施の形態の構成を示す図The figure which shows the structure of one embodiment of this invention ステッピングモータの構造を示す図Diagram showing the structure of the stepping motor 励磁コイルへの通電状況を示す図The figure which shows the energization situation to the exciting coil 励磁コイルへの第２の通電状況を示す図The figure which shows the 2nd electricity supply condition to an exciting coil

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 rate adjusting valve 2 is provided in the hot water supply device 1. The flow rate control valve 2 is provided with a valve port 21 that is a water passage, and is provided with a valve body 22 that can be moved forward and backward with respect to the valve port 21. If this valve body 22 is brought close to the valve port 21, the opening area of the valve port 21 decreases and the amount of water passing through the valve port 21 decreases. Conversely, when the valve body 22 is separated from the valve port 21, the opening area of the valve port 21 increases and the amount of water passing through the valve port 21 increases. The amount of water passing through the valve port 21 can be detected by the water amount sensor 23.

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 valve port 21 passes through the downstream heat exchanger 24, it is heated by the flame of the gas burner (not shown) and supplied to the faucet W. If the faucet W is closed, the water flow at the valve port 21 is stopped and no water flows. When the faucet W is opened, water passes through the valve port 21. The water amount sensor 23 detects that the water flow has occurred, and the gas burner (not shown) is ignited. At the same time, the position of the valve body 22 is adjusted and the amount of water is adjusted so that the tapping temperature becomes the set temperature.

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 rate adjusting valve 2 in order to advance and retract the valve body 22. Then, the worm gear 31 attached to the rotating shaft of the stepping motor 3 rotates forward and backward, whereby the valve body 22 moves forward and backward.

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 rotor 33 is attached to the rotating shaft 32 of the stepping motor 3. Two rows of magnetic poles 34 are formed on the outer peripheral surface of the rotor 33. A first excitation coil 35 and a second excitation coil 36 are provided so as to surround each magnetic pole 34.

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 excitation coil 35, 36 is supplied with a drive pulse from a drive unit 5 incorporating a drive circuit. If the drive pulse supplied to the excitation coil 35 is A and the drive pulse supplied to the excitation coil 36 is B, the drive pulses A, It is necessary to make the phases of B different from each other, and the rotor 33 rotates forward and backward depending on the difference state.

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 drive unit 5 from the power supply unit 6, and a drive pulse corresponding to an instruction from the controller is supplied to the excitation coils 35 and 36.

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 exciting coils 35 and 36 as possible. When the hot water supply device 1 is installed in a cold region or the like, or when it is installed outside the cold region and the weather is bad in winter, the inside of the hot water supply device 1 becomes low temperature.

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 unit 5, and drive unit 5 receives the instruction. Accordingly, a current is continuously supplied to one of the exciting coils, in this embodiment, the exciting coil 35 (FIG. 3A). Then, the exciting coil 35 generates heat and heats the stepping motor 3. When the detected temperature of the temperature sensor 4 rises to a second set temperature (for example, −20 ° C.) higher than the set temperature, the continuous current to the exciting coil 35 is stopped.

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 exciting coil 35 is continuously energized, the exciting coil 36 may be energized continuously as shown in FIG. In this case, since both the exciting coils 35 and 36 generate heat simultaneously, the temperature can be raised to the second set temperature (for example, −20 ° C.) in a shorter time.

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 excitation coil 36, the stepping motor 3 is not driven, and the excitation coil 35 generates heat to heat the stepping motor 3.

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 excitation coil 35 may be supplied to the excitation coil 36 at the same time. In this case, since the drive pulses supplied to both excitation coils 35 and 36 are in phase with each other, the stepping motor 3 is not driven, but both the excitation coils 35 and 36 generate heat, so the excitation coils shown in FIG. It is possible to raise the temperature to the second set temperature in a shorter time than in the case where the drive pulse is supplied only to 35.

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
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Hot water supply apparatus 2 Flow control valve 3 Stepping motor 4 Temperature sensor 5 Drive unit 6 Power supply part 7 Controller 21 Valve port 22 Valve body 31 Warm gear 33 Rotor 34 Magnetic pole 35 Excitation coil 36 Excitation coil W Faucet

Claims (5)

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給湯装置。   In a hot water supply device that adjusts the amount of hot water by providing a flow rate control valve in the water passage connected to the heat exchanger and increasing or decreasing the flow rate of the flow rate control valve by the stepping motor, the temperature of the stepping motor is lower than the predetermined set temperature When it is determined that the stepping motor has been established, a current is continuously supplied to the exciting coil built in the stepping motor to heat the stepping motor. 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ることを特徴とする請求項１に記載の給湯装置。   2. The stepping motor includes a plurality of excitation coils having different phases of supplied drive pulses, and when the stepping motor is heated, current is continuously supplied to all the excitation coils. The hot water supply device described. 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給湯装置。   In a hot water supply apparatus in which a flow rate adjusting valve is provided in a water passage connected to a heat exchanger, and the amount of hot water is adjusted by increasing or decreasing the flow rate of the flow rate adjusting valve by a stepping motor, the stepping motor includes a plurality of exciting coils. The rotor of the stepping motor rotates by supplying drive pulses having different phases from the drive circuit to the respective excitation coils, and the temperature of the stepping motor becomes lower than a predetermined set temperature. A hot water supply apparatus that heats a stepping motor by supplying a drive pulse to one of the plurality of exciting coils from the drive circuit when the determination is made. 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ることを特徴とする請求項３に記載の給湯装置。   4. The hot water supply according to claim 3, wherein the drive circuit increases the heating amount by simultaneously supplying a drive pulse having the same phase as a drive pulse supplied to heat the stepping motor to other exciting coils. apparatus. 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ことを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかに記載の給湯装置。   A temperature sensor is provided in the vicinity of the excitation coil of the stepping motor. When the temperature detected by the temperature sensor becomes lower than the predetermined set temperature, energization to the excitation coil is started, and the temperature detected by the temperature sensor is the predetermined temperature. The hot water supply device according to any one of claims 1 to 4, wherein energization to the exciting coil is stopped when a second set temperature that is higher than the set temperature is reached.
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