JP2002122352A - 給湯器 - Google Patents

給湯器

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JP2002122352A JP2000313538A JP2000313538A JP2002122352A JP 2002122352 A JP2002122352 A JP 2002122352A JP 2000313538 A JP2000313538 A JP 2000313538A JP 2000313538 A JP2000313538 A JP 2000313538A JP 2002122352 A JP2002122352 A JP 2002122352A
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誠治 三輪
Tomoaki Kobayakawa
智明 小早川
Kazutoshi Kusakari
和俊 草刈
Michiyuki Saikawa
路之 斉川
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Central Research Institute of Electric Power Industry
Tokyo Electric Power Co Inc
Denso Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 断続使用時の出湯開始初期や、長時間放置後
の出湯開始初期において、出湯湯温の変動が小さい給湯
器の提供。 【解決手段】 給湯器Aは、熱交換器2の湯水通路22
に、湯水通路内22に存在する湯の熱容量を算出するた
めの温度センサ61、62、63を設け、制御回路5
は、給湯開始初期に、給水温度T2iと算出された熱容
量とに基づいて給湯温度T3が設定湯温Tsとなる流量
比に温調弁42をフィードフォワード制御し、給水温度
T3と検出給水量と畜熱用流体温T1iとに基づいて熱
交換器後湯温T2oが目標熱交換器後湯温T2s(=設
定湯温Ts+所定温度α)となる循環流量が得られる様
にポンプ31の初期回転数をフィードフォワード制御す
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、貯留タンクに貯留
した蓄熱用流体と水とを熱交換器で熱交換して給湯する
給湯器に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、貯留タンクに貯留した蓄熱用
流体と水とを熱交換器で熱交換して温水を作成して給湯
する給湯器が知られている。この給湯器では、出湯湯温
が設定湯温Tsになる様に温調弁を制御するとともに、
湯水通路の熱交換器後湯温T2oが目標熱交換器後湯温
T2s(=設定湯温Ts+所定温度α)となる様にポン
プを制御している。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】この給湯器において、
定常的な出湯時や熱交換器が冷えている状態からの出湯
では出湯湯温が安定しているが、断続使用時の出湯開始
初期や、長時間放置後の出湯開始初期には、図3に示す
様に出湯初期に大きく出湯湯温が変動する現象が見られ
る。
【0004】断続使用時の出湯開始時には、給湯停止時
のポンプの制御遅れにより熱交換器の内部に熱交換が行
われなかった蓄熱用流体が残ることにより、出湯初期に
出湯湯温の変動が発生する。また、長時間放置後の出湯
開始時には、貯留タンクからの伝熱・対流により熱交換
器内の停留水が加熱されることにより、出湯初期に出湯
湯温の変動が発生する。
【0005】本発明の目的は、断続使用時の出湯開始初
期や、長時間放置後の出湯開始初期において、出湯湯温
の変動が小さい給湯器の提供にある。
【0006】
【課題を解決するための手段】〔請求項1について〕加
熱源により加熱される熱交換器の湯水通路内を水が通過
する。給水源と湯水通路の入口とを給水管で接続し、温
調弁を介設した給湯管で湯水通路の出口と出湯口との間
を接続し、温調弁の他方側入口をバイパス管を介して給
水管に接続して給湯流路を形成している。
【0007】出湯口から出る湯の温度(=T3)を湯温
設定器で設定し(Ts)、出湯口から出る湯の温度(=
T3)を出湯温センサが検出し、給水管を流れる水の温
度(=T2i)を給水温センサが検出し、湯水通路の出
口を流れる湯の温度(=T2o)を熱交換器後湯温セン
サが検出し、湯水通路を流れる水の流量(=G2H)を
給水量センサが検出し、加熱源および温調弁を制御回路
が制御する。
【0008】熱容量算出手段は、熱交換器の湯水通路内
に存在する湯の熱容量(Q)を算出する。具体的には、
熱交換器の湯水通路の所定部位に設けた温度センサが検
出する湯水温度と湯水通路内の湯量(V2)とに基づい
て熱容量(Q)を算出する。なお、熱交換器の湯水通路
の複数箇所(例えば、入口側、途中、出口側)に温度セ
ンサを設け、これら温度センサが検出する湯水温度の平
均値(TH)と湯水通路内の湯量(V2)とに基づいて
熱容量(Q)を算出する様にすれば、正確に湯水通路内
に存在する湯の熱容量(Q)を算出することができる。
【0009】制御回路は、給湯開始初期に、給水温度
(T2i)と熱容量算出手段が算出した熱容量(Q)と
に基づいて給湯温度(T3)が設定湯温(Ts)となる
流量比に温調弁をフィードフォワード制御し、且つ給水
温度(T3)と検出給水量(G2H)とに基づいて熱交
換器後湯温(T2o)が目標熱交換器後湯温(T2s=
設定湯温Ts+所定温度α)となる様に加熱源の加熱力
をフィードフォワード制御する。このフィードフォワー
ド制御により、先回りした制御が行われるので、断続使
用時の出湯開始初期や、長時間放置後の出湯開始初期に
おいて、出湯湯温の変動を小さくすることができる。
【0010】〔請求項2について〕加熱源により加熱さ
れる熱交換器の湯水通路内を水が通過する。給水源と湯
水通路の入口とを給水管で接続し、湯水通路の出口と出
湯口との間を給湯管で接続し、流調弁を介設したバイパ
ス管を介して給水管と給湯管との間を接続して給湯流路
を形成している。
【0011】出湯口から出る湯の温度(=T3)を湯温
設定器で設定し(Ts)、出湯口から出る湯の温度(=
T3)を出湯温センサが検出し、給水管を流れる水の温
度(=T2i)を給水温センサが検出し、湯水通路の出
口を流れる湯の温度(=T2o)を熱交換器後湯温セン
サが検出し、湯水通路を流れる水の流量(=G2H)を
給水量センサが検出し、加熱源および流調弁を制御回路
が制御する。
【0012】熱容量算出手段は、熱交換器の湯水通路内
に存在する湯の熱容量(Q)を算出する。具体的には、
熱交換器の湯水通路の所定部位に設けた温度センサが検
出する湯水温度と湯水通路内の湯量(V2)とに基づい
て熱容量(Q)を算出する。
【0013】なお、熱交換器の湯水通路の複数箇所(例
えば、入口側、途中、出口側)に温度センサを設け、こ
れら温度センサが検出する湯水温度の平均値(TH)と
湯水通路内の湯量(V2)とに基づいて熱容量(Q)を
算出する様にすれば、正確に湯水通路内に存在する湯の
熱容量(Q)を算出することができる。
【0014】制御回路は、給湯開始初期に、給水温度
(T2i)と熱容量算出手段が算出した熱容量(Q)と
に基づいて給湯温度(T3)が設定湯温(Ts)となる
流量比に流調弁の開度をフィードフォワード制御し、且
つ給水温度(T3)と検出給水量(G2H)とに基づい
て熱交換器後湯温(T2o)が目標熱交換器後湯温(T
2s=設定湯温Ts+所定温度α)となる様に加熱源の
加熱力をフィードフォワード制御する。
【0015】このフィードフォワード制御により、先回
りした制御が行われるので、断続使用時の出湯開始初期
や、長時間放置後の出湯開始初期において、出湯湯温の
変動を小さくすることができる。
【0016】〔請求項3について〕熱交換器は、蓄熱用
流体を貯留する貯留タンクと、蓄熱用流体が通る蓄熱用
流体通路と、蓄熱用流体と熱交換させる水が通る湯水通
路とを有する。蓄熱用流体流路は、貯留タンクと蓄熱用
流体通路とを環状に接続し、途中にポンプを介設してい
る。
【0017】給水源と湯水通路の入口とを給水管で接続
し、温調弁を介設した給湯管で湯水通路の出口と出湯口
との間を接続し、温調弁の他方側入口をバイパス管を介
して給水管に接続して給湯流路を形成している。
【0018】出湯口から出る湯の温度(=T3)を湯温
設定器が設定し(Ts)、出湯口から出る湯の温度(=
T3)を出湯温センサが検出し、給水管を流れる水の温
度(=T2i)を給水温センサが検出し、貯留タンクの
蓄熱用流体の温度(=T1i)を蓄熱用流体温センサが
検出し、湯水通路を流れる水の流量(=G2H)を給水
量センサが検出し、ポンプおよび温調弁を制御回路が制
御する。
【0019】熱容量算出手段は、熱交換器の湯水通路内
に存在する湯の熱容量(Q)を算出する。具体的には、
熱交換器の湯水通路の所定部位に設けた温度センサが検
出する湯水温度と湯水通路内の湯量(V2)とに基づい
て熱容量(Q)を算出する。なお、熱交換器の湯水通路
の複数箇所(例えば、入口側、途中、出口側)に温度セ
ンサを設け、これら温度センサが検出する湯水温度の平
均値(TH)と湯水通路内の湯量(V2)とに基づいて
熱容量(Q)を算出する様にすれば、正確に湯水通路内
に存在する湯の熱容量(Q)を算出することができる。
【0020】制御回路は、給湯開始初期に、給水温度
(T2i)と熱容量算出手段が算出した熱容量(Q)と
に基づいて給湯温度(T3)が設定湯温(Ts)となる
流量比に温調弁をフィードフォワード制御し、且つ、給
水温度(T2i)と検出給水量(G2H)と畜熱用流体
温(T1i)とに基づいて熱交換器後湯温(T2o)が
目標熱交換器後湯温(T2s=設定湯温Ts+所定温度
α)となる循環流量が得られる様にポンプの回転数をフ
ィードフォワード制御する。このフィードフォワード制
御により、先回りした制御が行われるので、断続使用時
の出湯開始初期や、長時間放置後の出湯開始初期におい
て、出湯湯温の変動を小さくすることができる。
【0021】〔請求項4について〕熱交換器は、蓄熱用
流体を貯留する貯留タンクと、蓄熱用流体が通る蓄熱用
流体通路と、蓄熱用流体と熱交換させる水が通る湯水通
路とを有する。蓄熱用流体流路は、貯留タンクと蓄熱用
流体通路とを環状に接続し、途中にポンプを介設してい
る。給水源と湯水通路の入口とを給水管で接続し、湯水
通路の出口と出湯口との間を給湯管で接続し、流調弁を
介設したバイパス管を介して給水管と給湯管との間を接
続して給湯流路を形成している。
【0022】出湯口から出る湯の温度(=T3)を湯温
設定器で設定し(Ts)、出湯口から出る湯の温度(=
T3)を出湯温センサが検出し、給水管を流れる水の温
度(=T2i)を給水温センサが検出し、貯留タンクの
蓄熱用流体の温度(=T1i)を蓄熱用流体温センサが
検出し、湯水通路を流れる水の流量(G2H)を給水量
センサが検出し、ポンプおよび流調弁を制御回路が制御
する。
【0023】熱容量算出手段は、熱交換器の湯水通路内
に存在する湯の熱容量(Q)を算出する。具体的には、
熱交換器の湯水通路の所定部位に設けた温度センサが検
出する湯水温度と湯水通路内の湯量(V2)とに基づい
て熱容量(Q)を算出する。なお、熱交換器の湯水通路
の複数箇所(例えば、入口側、途中、出口側)に温度セ
ンサを設け、これら温度センサが検出する湯水温度の平
均値(TH)と湯水通路内の湯量(V2)とに基づいて
熱容量(Q)を算出する様にすれば、正確に湯水通路内
に存在する湯の熱容量(Q)を算出することができる。
【0024】制御回路は、給湯開始初期に、給水温度
(T2i)と熱容量算出手段が算出した熱容量(Q)と
に基づいて給湯温度(T3)が設定湯温(Ts)となる
流量比に流調弁の開度をフィードフォワード制御し、且
つ、給水温度(T2i)と検出給水量(G2H)と畜熱
用流体温(T1i)とに基づいて熱交換器後湯温(T2
o)が目標熱交換器後湯温(T2s=設定湯温Ts+所
定温度α)となる循環流量が得られる様にポンプの回転
数をフィードフォワード制御する。
【0025】このフィードフォワード制御により、先回
りした制御が行われるので、断続使用時の出湯開始初期
や、長時間放置後の出湯開始初期において、出湯湯温の
変動を小さくすることができる。
【0026】〔請求項5について〕給湯開始初期段階が
終了すると、制御回路は、給湯温度(T3)が設定湯温
(Ts)になる流量比に、温調弁もしくは流調弁をフィ
ードバック制御するとともに、熱交換器後湯温(T2
o)が目標熱交換器後湯温(T2s=設定湯温Ts+所
定温度α)となる循環流量が得られる様にポンプをフィ
ードバック制御する。これにより、初期状態終了後の定
常的な出湯時において、設定湯温(Ts)の湯を出湯口
から吐出することができる。
【0027】〔請求項6について〕上記両方のフィード
バック制御をPID制御とし、給水量センサが所定流量
を検出する毎にPID制御を行っている。このため、湯
水通路を流れる水の流量が少ない状態から多い状態ま
で、ハンチングや応答遅れが無い様にすることができ
る。
【0028】〔請求項7、8について〕請求項1、3、
5、6の給湯器において、温調弁の一方側入口と湯水通
路の出口との間の給湯管に流調弁を介設するとともに、
該流調弁が制御回路により制御される構成である。また
は、請求項2、4、5、6の給湯器において、バイパス
管を接続する手前の給水管に流調弁を介設するととも
に、該流調弁が制御回路により制御される構成である。
これにより、給湯器の温水作製能力を超える量の給水が
成されても給湯量が制限されるので、設定湯温(Ts)
の湯を出湯口から吐出することができる。
【0029】
【発明の実施の形態】本発明の第1実施例(請求項3、
5、6、7に対応)を図1に基づいて説明する。図1に
示す様に、給湯器Aは、貯留タンク1と、熱交換器2
と、蓄熱用流体流路3と、給湯流路4と、湯温設定器5
1と、出湯温センサ52、給水温センサ53、熱交換器
後湯温センサ54、給水量センサ55、および蓄熱用流
体温センサ56と、熱交換器2の湯水通路22に設けら
れる温度センサ61、62、63と、ポンプ31、流調
弁41および温調弁42を制御する制御回路5とを備え
る。
【0030】貯留タンク1は、蓄熱用流体(本実施例で
は温水)を貯留する。熱交換器2は、対向流式であり、
蓄熱用流体通路21と湯水通路22とを有する。蓄熱用
流体流路3は、貯留タンク1と蓄熱用流体通路21とを
環状に接続し、途中にポンプ31を介設している。
【0031】給湯流路4は、給水源40と湯水通路22
の入口221とを給水管43で接続し、流調弁41およ
び温調弁42を介設した給湯管44で湯水通路22の出
口222と出湯口441との間を接続し、温調弁42の
他方側入口421をバイパス管45を介して給水管43
に接続している。流調弁41は、熱交換器2による温水
作製能力を越える水量の給水流量が給湯流路4内を流れ
ない様に抑制するためのものであり、制御回路5により
開度が制御される。
【0032】湯温設定器51は、出湯口441から出る
湯の温度(=T3)を設定するためのものである。出湯
温センサ52は、出湯口441の近傍の給湯管44に配
され、出湯口441から出る湯の温度(=T3)を検出
する。給水温センサ53は、給水管43の上流側に配さ
れ、給水管43を流れる水の温度(=T2i)を検出す
る。
【0033】熱交換器後湯温センサ54は、湯水通路2
2の出口222の近傍に配され、湯水通路22内を通過
する湯の温度(=T2o)を検出する。給水量センサ5
5は、バイパス管45の連結部より下流の給水管43に
配され、その給水管43を流れる水の流量(=湯水通路
22を流れる湯水の流量)を検出する。蓄熱用流体温セ
ンサ56は、貯留タンク1内に配され、貯留タンク1の
上部に位置する蓄熱用流体の温度(=T1i)を検出す
る。
【0034】温度センサ61、62、63は、それぞ
れ、熱交換器2の湯水通路22の、入口側、途中、出口
側に設けられている。
【0035】つぎに、本実施例の給湯器Aの作動および
効果を述べる。使用者が給水栓等を開けて給湯流路4に
水が流れ、給水量センサ55が給水を検知すると、制御
回路5は、熱交換器2の湯水通路22の、入口側、途
中、および出口側に設けられた温度センサ61、62、
63が検出する検出湯温TH1、TH2、TH3に基づ
いて、その時点において湯水通路22内に存在する湯の
熱容量Qを下記の式に基づいて算出する。
【0036】 Q={(TH1+TH2+TH3)/3}×V2 =TH×V2 但し、Q…熱容量 TH1…温度センサ61が検出する検出湯温 TH2…温度センサ62が検出する検出湯温 TH3…温度センサ63が検出する検出湯温 V2…熱交換器2の湯水通路22内の湯の量 TH…湯水通路22の平均湯温 なお、熱交換器2の湯水通路22の、入口側、途中、出
口側に、それぞれ、温度センサ61、62、63を設け
ているので精度良く湯水通路22内に存在する湯の熱容
量を算出することができる。
【0037】制御回路5は、給水温度T2iと算出され
た熱容量Qとに基づき、バイパス管45を通過する水量
G2Wと湯水通路22を通過する水量G2Hとの流量比
が下記に示す比になる様に、温調弁42を維持時間のあ
いだフィードフォワード制御して給湯温度T3を設定湯
温Tsにする。
【0038】 G2W:G2H={1−(Ts−T2i)/(TH−T2i)} :{(Ts−T2i)/(TH−T2i)} 但し、G2W…バイパス管45を通過する単位時間当た
りの水量 G2H…湯水通路22を通過する単位時間当たりの水量 Ts…設定湯温 T2i…給水温度 TH…湯水通路22内の平均湯温
【0039】維持時間(分)=V2/G2H 但し、G2H…湯水通路22を通過する単位時間当たり
の水量 V2…熱交換器2の湯水通路22の容積 この維持時間をV2/G2Hとする替わりに、湯水通路
22を通過する水量G2Hの累積水量が熱交換器2の湯
水通路22の容積V2に到達するまでとしても良い。更
に、維持時間をV2/G2Hとする替わりに、維持時間
を所定時間(5秒〜10秒)としてもある程度の効果が
ある。
【0040】また、温調弁42の初期開度(初期流量
比)を維持時間のあいだフィードフォワード制御すると
同時に、給水温度T2iと検出給水量G2Hと畜熱用流
体温T1iとに基づいて、熱交換器後湯温T2oが目標
熱交換器後湯温T2s(=設定湯温Ts+所定温度α)
となる循環流量が得られる様にポンプ31の回転数を保
持時間のあいだ下記に示す様にフィードフォワード制御
する。つまり、ポンプ流量G1が得られる通電量をポン
プ31に印加する。
【0041】 G1={(T2s−T2i)×G2H}/{T1i−
(T2i+ΔT)} 但し、G1…目標熱交換器後湯温T2sで出湯するため
のポンプ流量 T2s…目標熱交換器後湯温 T2i…給水温度 T1i…畜熱用流体温 ΔT…熱交ロスであり、5℃前後
【0042】保持時間(分)=V1/G1 但し、G1…目標熱交換器後湯温T2sで出湯するため
のポンプ流量 V1…蓄熱用流体流路3の容積 この保持時間をV1/G1とする替わりに、ポンプ31
に印加する通電量を積算し、その積算量が蓄熱用流体流
路3の容積V1に相当する値になったら終了する様にし
ても良い。更に、保持時間をV1/G1とする替わり
に、保持時間を所定時間(5秒〜10秒)としてもある
程度の効果がある。
【0043】上記各フィードフォワード制御により、先
回りした制御が行われるので、断続使用時の出湯開始初
期や、長時間放置後の出湯開始初期において、出湯湯温
の変動を小さくすることができる。なお、熱交換器2に
よる温水作製能力を越える水量の給水流量が給湯流路4
内を流れる虞がある場合には、流調弁41の開度が制御
回路5により絞られる。
【0044】上記維持時間および保持時間が終了する
と、制御回路5は、給湯湯温T3が設定湯温Tsになる
流量比に温調弁42を下記に示すPID制御(フィード
バック制御)するとともに、熱交換器後湯温T2oが目
標熱交換器後湯温T2s(=設定湯温Ts+所定温度
α)となる循環流量が流れる様にポンプ31を下記に示
すPID制御(フィードバック制御)する。
【0045】なお、給水量センサ55が一定流量(例え
ば0.2リットル)を検出する毎に下記に示すPID制
御(各フィードバック制御)を行う様にしている。 Hn =Hn-1 +Kp(En −En-1 )+Ki×En +K
d(En −2En-1 +En-2 ) 但し、Hn …制御入力値 En 、En-1 、En-2 …目標温度との差 Kp…比例係数 Ki…積分係数 Kd…微分係数
【0046】この様に一定流量を検出する毎にPID制
御を行うと、結果として流量の大小に応じて制御時間間
隔を変えることができる。これにより、初期状態終了後
の定常的な出湯の際には、小流量(例えば5リットル/
分)から大流量(例えば15リットル/分)まで同様の
立ち上がり時間で設定湯温Tsへの温度制御を行うこと
ができる。なお、熱交換器2による温水作製能力を越え
る水量の給水流量が給湯流路4内を流れる虞がある場合
には、流調弁41の開度が制御回路5により絞られる。
【0047】つぎに、本発明の第2実施例(請求項4、
5、6、8に対応)を図2に基づいて説明する。図2に
示す様に、給湯器Bは、下記の点が給湯器Aと異なる。
給湯流路4は、給水源40と湯水通路22の入口221
とを給水量センサ55および流調弁46を介設した給水
管43で接続し、湯水通路22の出口222と出湯口4
41との間を給湯管44で接続し、流調弁46より下流
に位置する給水管43と給湯管44とを流調弁47を介
設したバイパス管45を介して接続している。
【0048】流調弁46は、熱交換器2による温水作製
能力を越える水量の給水流量が給湯流路4内を流れない
様に抑制するためのものであり、制御回路5により開度
が制御される。
【0049】つぎに、本実施例の給湯器Bの作動および
効果を述べる。使用者が給水栓等を開けて給湯流路4に
水が流れ、給水量センサ55が給水を検知すると、制御
回路5は、熱交換器2の湯水通路22の、入口側、途
中、および出口側に設けられた温度センサ61、62、
63が検出する検出湯温TH1、TH2、TH3に基づ
いて、その時点において湯水通路22内に存在する湯の
熱容量Qを下記の式に基づいて算出する。
【0050】 Q={(TH1+TH2+TH3)/3}×V2 =TH×V2 但し、Q…熱容量 TH1…温度センサ61が検出する検出湯温 TH2…温度センサ62が検出する検出湯温 TH3…温度センサ63が検出する検出湯温 V2…熱交換器2の湯水通路22内の湯の量 TH…湯水通路22の平均湯温 なお、熱交換器2の湯水通路22の、入口側、途中、出
口側に、それぞれ、温度センサ61、62、63を設け
ているので精度良く湯水通路22内に存在する湯の熱容
量Qを算出することができる。
【0051】制御回路5は、給水温度(T2i)と算出
された熱容量とに基づき、バイパス管45を通過する水
量G2Wと湯水通路22を通過する水量G2Hとの流量
比が下記に示す比になる様に、維持時間のあいだ流調弁
47の開度をフィードフォワード制御して給湯温度T3
を設定湯温Tsにする。
【0052】 G2W:G2H={1−(Ts−T2i)/(TH−T2i)} :{(Ts−T2i)/(TH−T2i)} 但し、G2W…バイパス管45を通過する単位時間当た
りの水量 G2H…湯水通路22を通過する単位時間当たりの水量 Ts…設定湯温 T2i…給水温度 TH…湯水通路22内の平均湯温
【0053】維持時間(分)=V2/G2H 但し、G2H…湯水通路22を通過する単位時間当たり
の水量 V2…熱交換器2の湯水通路22の容積 この維持時間をV2/G2Hとする替わりに、湯水通路
22を通過する水量G2Hの累積水量が熱交換器2の湯
水通路22の容積V2に到達するまでとしても良い。更
に、維持時間をV2/G2Hとする替わりに、維持時間
を所定時間(5秒〜10秒)としてもある程度の効果が
ある。
【0054】また同時に、給水温度T2iと検出給水量
G2Hと畜熱用流体温T1iとに基づいて、熱交換器後
湯温T2oが目標熱交換器後湯温T2s(=設定湯温T
s+所定温度α)となる循環流量が得られる様にポンプ
31の回転数を保持時間のあいだ下記に示す様にフィー
ドフォワード制御する。つまり、ポンプ流量G1が得ら
れる通電量をポンプ31に印加する。
【0055】G1={(T2s−T2i)×G2H}/
{T1i−(T2i+ΔT)} 但し、G1…目標熱交換器後湯温T2sで出湯するため
のポンプ流量 T2s…目標熱交換器後湯温 T2i…給水温度 T1i…畜熱用流体温 ΔT…熱交ロスで、5℃前後
【0056】保持時間(分)=V1/G1 但し、G1…目標熱交換器後湯温T2sで出湯するため
のポンプ流量 V1…蓄熱用流体流路3の容積 この保持時間をV1/G1とする替わりに、ポンプ31
に印加する通電量を積算し、その積算量が蓄熱用流体流
路3の容積V1になったら終了する様にしても良い。更
に、保持時間をV1/G1とする替わりに、保持時間を
所定時間(5秒〜10秒)としてもある程度の効果があ
る。
【0057】上記各フィードフォワード制御により、先
回りした制御が行われるので、断続した出湯時の初期
や、長時間放置後の出湯時の初期において、出湯湯温の
変動を小さくすることができる。なお、熱交換器2によ
る温水作製能力を越える水量の給水流量が給湯流路4内
を流れる虞がある場合には、流調弁46の開度が制御回
路5により絞られる。
【0058】上記維持時間および保持時間が終了する
と、制御回路5は、給湯湯温T3が設定湯温Tsになる
流量比に流調弁47を下記に示すPID制御(フィード
バック制御)するとともに、目標熱交換器後湯温T2s
が熱交換器後湯温T2o(=設定湯温Ts+所定温度
α)となる循環流量が流れる様にポンプ31を下記に示
すPID制御(フィードバック制御)する。
【0059】なお、給水量センサ55が一定流量(例え
ば0.2リットル)を検出する毎に下記に示すPID制
御(各フィードバック制御)を行う様にしている。 Hn =Hn-1 +Kp(En −En-1 )+Ki×En +K
d(En −2En-1 +En-2 ) 但し、Hn …制御入力値 En 、En-1 、En-2 …目標温度との差 Kp…比例係数 Ki…積分係数 Kd…微分係数
【0060】これにより、初期状態終了後の定常的な出
湯の際には、小流量(例えば5リットル/分)から大流
量(例えば15リットル/分)まで、設定湯温Tsの湯
を出湯口441から吐出することができる。なお、熱交
換器2による温水作製能力を越える水量の給水流量が給
湯流路4内を流れる虞がある場合には、流調弁46の開
度が制御回路5により絞られる。
【0061】更に、本実施例では、バイパス管45を接
続する手前の給水管43中に流調弁46を介設している
ので、第1実施例の給湯器Aよりも確実に全体給水量を
制御できるので温度安定性に優れる。
【0062】本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施
態様を含む。 a.図1に示す給湯器Aにおいて、熱交換器2の湯水通
路22を通過する水が、ガス燃焼器や電気ヒータ等の加
熱源によって加熱される構成であっても良い(請求項1
に対応)。
【0063】b.図2に示す給湯器Bにおいて、熱交換
器2の湯水通路22を通過する水が、ガス燃焼器や電気
ヒータ等の加熱源によって加熱される構成であっても良
い(請求項2に対応)。
【0064】c.上記第1、第2実施例では、熱交換器
2の湯水通路22の、入口側、途中、および出口側に設
けた温度センサ61、62、63が検出する検出湯温T
H1、TH2、TH3に基づいて、その時点において湯
水通路22内に存在する湯の熱容量Qを制御回路5が算
出する構成であるが、温度センサの個数や、温度センサ
を湯水通路22に取り付ける位置は任意で良い。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1実施例に係る給湯器の構成図であ
る。
【図2】本発明の第2実施例に係る給湯器の構成図であ
る。
【図3】断続使用時の出湯開始初期や長時間放置後の出
湯開始初期において、出湯湯温が大きく変動する現象を
示すグラフである。
【符号の説明】
1 貯留タンク 2 熱交換器 3 蓄熱用流体通路 4 給湯流路 5 制御回路(熱容量算出手段) 22 湯水通路 21 蓄熱用流体流路 31 ポンプ 41、46、47 流調弁 42 温調弁 44 給水管 45 バイパス管 51 湯温設定器 52 出湯温センサ 53 給水温センサ 54 熱交換器後湯温センサ 55 給水量センサ 56 蓄熱用流体温センサ 221 入口 222 出口 421 他方側入口 441 出湯口 A、B 給湯器 T3 給湯温度 Ts 設定湯温 T2i 給水温度 T1i 畜熱用流体温 T2o 熱交換器後湯温 T2s 目標熱交換器後湯温 α 所定温度
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 三輪 誠治 愛知県刈谷市昭和町1丁目1番地 株式会 社デンソー内 (72)発明者 小早川 智明 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 草刈 和俊 東京都千代田区内幸町1丁目1番3号 東 京電力株式会社内 (72)発明者 斉川 路之 神奈川県横須賀市長坂2−6−1 財団法 人電力中央研究所 横須賀研究所内

Claims (8)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 加熱源により加熱される湯水通路内を水
    が通過する熱交換器と、 給水源と前記湯水通路の入口とを給水管で接続し、温調
    弁を介設した給湯管で前記湯水通路の出口と出湯口との
    間を接続し、前記温調弁の他方側入口をバイパス管を介
    して前記給水管に接続した給湯流路と、 前記出湯口から出る湯の温度を設定する湯温設定器と、 前記出湯口から出る湯の温度を検出する出湯温センサ
    と、 前記給水管を流れる水の温度を検出する給水温センサ
    と、 前記湯水通路の出口を流れる湯の温度を検出する熱交換
    器後湯温センサと、 前記湯水通路を流れる水の流量を検出する給水量センサ
    と、 前記加熱源および前記温調弁を制御する制御回路とを備
    える給湯器において、 湯水通路内に存在する湯の熱容量を算出する熱容量算出
    手段を設け、 前記制御回路は給湯開始初期に、給水温度と前記熱容量
    算出手段が算出した熱容量とに基づいて給湯温度が設定
    湯温となる流量比に前記温調弁をフィードフォワード制
    御し、且つ給水温度と検出給水量とに基づいて熱交換器
    後湯温が目標熱交換器後湯温となる様に前記加熱源の加
    熱力をフィードフォワード制御することを特徴とする給
    湯器。
  2. 【請求項2】 加熱源により加熱される湯水通路内を水
    が通過する熱交換器と、 給水源と前記湯水通路の入口とを給水管で接続し、前記
    湯水通路の出口と出湯口との間を給湯管で接続し、流調
    弁を介設したバイパス管を介して前記給水管と前記給湯
    管との間を接続した給湯流路と、 前記出湯口から出る湯の温度を設定する湯温設定器と、 前記出湯口から出る湯の温度を検出する出湯温センサ
    と、 前記給水管を流れる水の温度を検出する給水温センサ
    と、 前記湯水通路の出口を流れる湯の温度を検出する熱交換
    器後温度センサと、 前記湯水通路を流れる水の流量を検出する給水量センサ
    と、 前記加熱源および前記流調弁を制御する制御回路とを備
    える給湯器において、 湯水通路内に存在する湯の熱容量を算出する熱容量算出
    手段を設け、 前記制御回路は、給湯開始初期に、給水温度と前記熱容
    量算出手段が算出した熱容量とに基づいて給湯温度が設
    定湯温となる流量比に前記流調弁の開度をフィードフォ
    ワード制御し、且つ、給水温度と検出給水量とに基づい
    て熱交換器後湯温が目標熱交換器後湯温となる様に前記
    加熱源の加熱力をフィードフォワード制御することを特
    徴とする給湯器。
  3. 【請求項3】 蓄熱用流体を貯留する貯留タンクと、 前記蓄熱用流体が通る蓄熱用流体通路と、前記蓄熱用流
    体と熱交換させる水が通る湯水通路とを有する熱交換器
    と、 前記貯留タンクと前記蓄熱用流体通路とを環状に接続
    し、途中にポンプを介設した蓄熱用流体流路と、 給水源と前記湯水通路の入口とを給水管で接続し、温調
    弁を介設した給湯管で前記湯水通路の出口と出湯口との
    間を接続し、前記温調弁の他方側入口をバイパス管を介
    して前記給水管に接続した給湯流路と、 前記出湯口から出る湯の温度を設定する湯温設定器と、 前記出湯口から出る湯の温度を検出する出湯温センサ
    と、 前記給水管を流れる水の温度を検出する給水温センサ
    と、 前記湯水通路の出口を流れる湯の温度を検出する熱交換
    器後湯温センサと、 前記貯留タンクの前記蓄熱用流体の温度を検出する蓄熱
    用流体温センサと、 前記湯水通路を流れる水の流量を検出する給水量センサ
    と、 前記ポンプおよび前記温調弁を制御する制御回路とを備
    える給湯器において、 湯水通路内に存在する湯の熱容量を算出する熱容量算出
    手段を設け、 前記制御回路は、給湯開始初期に、給水温度と前記熱容
    量算出手段が算出した熱容量とに基づいて給湯温度が設
    定湯温となる流量比に前記温調弁をフィードフォワード
    制御し、且つ、給水温度と検出給水量と畜熱用流体温と
    に基づいて熱交換器後湯温が目標熱交換器後湯温となる
    循環流量が得られる様に前記ポンプの回転数をフィード
    フォワード制御することを特徴とする給湯器。
  4. 【請求項4】 蓄熱用流体を貯留する貯留タンクと、 前記蓄熱用流体が通る蓄熱用流体通路と、前記蓄熱用流
    体と熱交換させる水が通る湯水通路とを有する熱交換器
    と、 前記貯留タンクと前記蓄熱用流体通路とを環状に接続
    し、途中にポンプを介設した蓄熱用流体流路と、 給水源と前記湯水通路の入口とを給水管で接続し、前記
    湯水通路の出口と出湯口との間を給湯管で接続し、流調
    弁を介設したバイパス管を介して前記給水管と前記給湯
    管との間を接続した給湯流路と、 前記出湯口から出る湯の温度を設定する湯温設定器と、 前記出湯口から出る湯の温度を検出する出湯温センサ
    と、 前記給水管を流れる水の温度を検出する給水温センサ
    と、 前記湯水通路の出口を流れる湯の温度を検出する熱交換
    器後温度センサと、 前記貯留タンクの前記蓄熱用流体の温度を検出する蓄熱
    用流体温センサと、 前記湯水通路を流れる水の流量を検出する給水量センサ
    と、 前記ポンプおよび前記流調弁を制御する制御回路とを備
    える給湯器において、 湯水通路内に存在する湯の熱容量を算出する熱容量算出
    手段を設け、 前記制御回路は、給湯開始初期に、給水温度と前記熱容
    量算出手段が算出した熱容量とに基づいて給湯温度が設
    定湯温となる流量比に前記流調弁の開度をフィードフォ
    ワード制御し、且つ、給水温度と検出給水量と蓄熱用流
    体温とに基づいて熱交換器後湯温が目標熱交換器後湯温
    となる循環流量が得られる様に前記ポンプの回転数をフ
    ィードフォワード制御することを特徴とする給湯器。
  5. 【請求項5】 給湯開始初期段階が終了すると、 前記制御回路は、給湯温度が設定湯温になる流量比に、
    前記温調弁もしくは前記流調弁をフィードバック制御す
    るとともに、 熱交換器後湯温が目標熱交換器後湯温となる循環流量が
    得られる様に前記ポンプをフィードバック制御すること
    を特徴とする請求項3または請求項4記載の給湯器。
  6. 【請求項6】 上記両方のフィードバック制御をPID
    制御とし、 前記給水量センサが所定流量を検出する毎に前記PID
    制御を行うことを特徴とする請求項5記載の給湯器。
  7. 【請求項7】 前記温調弁の一方側入口と前記湯水通路
    の出口との間の給湯管に流調弁を介設するとともに、該
    流調弁が前記制御回路により制御されることを特徴とす
    る請求項1、3、5、6の何れかに記載の給湯器。
  8. 【請求項8】 前記バイパス管を接続する手前の前記給
    水管に流調弁を介設するとともに、該流調弁が前記制御
    回路により制御されることを特徴とする請求項2、4、
    5、6の何れかに記載の給湯器。
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