JP5840153B2 - 給湯装置 - Google Patents

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。

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。

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。

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）。

特開平３−４０７９９号公報（第２頁左上欄作用の項）

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。

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。

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、上記給湯装置は上記水通路である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温度センサが設けられており、この温度センサの検知温度から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とともに、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ることを特徴とする。

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。

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。

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、上記給湯装置は上記水通路である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温度センサが設けられており、この温度センサの検知温度から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とともに、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ることを特徴とする。

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。

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。

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。

本発明の一実施の形態の構成を示す図 ステッピングモータの構造を示す図 励磁コイルへの通電状況を示す図 励磁コイルへの第２の通電状況を示す図

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。

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。

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。

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。

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。

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。

図示のものでは、ステッピングモータ３に温度センサ４を取り付けたが、実際には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温度センサが設けられており、この温度センサの検知温度を用いて以下の制御を行う。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。

図３を参照して、上記温度センサ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。上記温度センサの検知温度が、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てもよいが、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るようにした。

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。

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。

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。

ところで、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るが、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。

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。

１ 給湯装置
２ 流量調節弁
３ ステッピングモータ
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

Claims (4)

1. 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、上記給湯装置は上記水通路である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温度センサが設けられており、この温度センサの検知温度から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とともに、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ることを特徴とする給湯装置。
2. 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。
3. 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、上記給湯装置は上記水通路である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温度センサが設けられており、この温度センサの検知温度から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とともに、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ることを特徴とする給湯装置。
4. 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。

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