JP2004340461A - 貯湯式給湯装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】中間混合弁と給湯混合弁とを同様の制御応答速度で制御すると、給湯する湯温のオーバーシュートまたはアンダーシュートを引き起こしてしまうという課題を解決する。
【解決手段】貯湯タンク２の上部からの出湯と、貯湯タンク２の中間部からの出湯と、給水管２９からの水とを、上流側の中間混合弁２５および下流側の給湯混合弁２８により混合し、中間混合弁２５の出口温度を混合目標温度になるよう弁開度をフィードバック制御し、給湯混合弁２８の出口温度を給湯設定温度になるよう弁開度をフィードバック制御して、給湯設定温度の湯水を給湯する貯湯式給湯装置において、中間混合弁２５のフィードバック制御の制御応答速度を給湯混合弁２８のフィードバック制御の制御応答速度よりも遅くした。
【選択図】 図１
【解決手段】貯湯タンク２の上部からの出湯と、貯湯タンク２の中間部からの出湯と、給水管２９からの水とを、上流側の中間混合弁２５および下流側の給湯混合弁２８により混合し、中間混合弁２５の出口温度を混合目標温度になるよう弁開度をフィードバック制御し、給湯混合弁２８の出口温度を給湯設定温度になるよう弁開度をフィードバック制御して、給湯設定温度の湯水を給湯する貯湯式給湯装置において、中間混合弁２５のフィードバック制御の制御応答速度を給湯混合弁２８のフィードバック制御の制御応答速度よりも遅くした。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯湯式給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種のものにおいては、本件出願人により開発中の図１０に示すようなものがあった。これを説明すると、湯水を貯湯する貯湯タンク２と、貯湯タンク２上部に接続された出湯管８と、貯湯タンク２下部に接続された給水管９と、この給水管９から分岐された給水バイパス管２９と、貯湯タンク２中間部に接続された中間出湯管２４と、前記出湯管８途中に設けられた出湯管８を流れる湯水に前記中間出湯管２４からの湯水を混合する中間混合弁２５と、前記中間混合弁２５の出口温度を検出する中間温度センサ２６と、前記中間混合弁２６からの湯水と前記給水バイパス管２９からの湯水とを混合する給湯混合弁２８と、前記給湯混合弁２８の出口温度を検出する給湯温度センサ３１と、前記中間温度センサ２６の検出温度に基づき前記中間混合弁２５からの出湯温度を給湯設定温度より一定温度高い温度になるよう前記中間混合弁２５の開度をフィードバック制御すると共に、前記給湯温度センサ３１の検出温度に基づき前記給湯混合弁２８からの給湯温度を給湯設定温度になるように前記給湯混合弁２８の開度をフィードバック制御するようにした制御部４４を備えた貯湯式給湯装置があった。なお、このような従来の貯湯式給湯装置にかかる公知の刊行物を本願出願人は発見することができなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のものでは、中間混合弁２５と給湯混合弁２８とを同じ制御応答速度で制御しているので、中間混合弁２５からの湯水の温度変化に給湯混合弁のフィードバック制御が追いつかず、図１１に示すように湯温のオーバーシュートまたはアンダーシュートを引き起こしてしまう場合があるという課題があった。
【０００４】
【課題を解決する為の手段】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、請求項１では、貯湯タンクの上部からの出湯と、貯湯タンクの中間部からの出湯と、給水管からの水とを、上流側の中間混合弁および下流側の給湯混合弁により混合し、前記中間混合弁の出口温度を混合目標温度になるよう弁開度をフィードバック制御し、前記給湯混合弁の出口温度を給湯設定温度になるよう弁開度をフィードバック制御して、給湯設定温度の湯水を給湯する貯湯式給湯装置において、前記中間混合弁のフィードバック制御の制御応答速度を前記給湯混合弁のフィードバック制御の制御応答速度よりも遅くしたものである。
【０００５】
また、請求項２では、前記請求項１のものにおいて、前記中間混合弁からの混合目標温度を変更する時には、前記中間混合弁のフィードバック制御の制御応答速度を一時的にさらに遅くするようにしたものである。
【０００６】
また、請求項３では、湯水を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンク上部に接続された出湯管と、貯湯タンク下部に接続された給水管と、この給水管から分岐された給水バイパス管と、貯湯タンク中間部に接続された中間出湯管と、前記出湯管途中に設けられた出湯管を流れる湯水に前記中間出湯管からの湯水を混合する中間混合弁と、前記中間混合弁の出口温度を検出する中間温度センサと、前記中間混合弁からの湯水と前記給水バイパス管からの湯水とを混合する給湯混合弁と、前記給湯混合弁の出口温度を検出する給湯温度センサと、前記中間温度センサの検出温度に基づき前記中間混合弁の出湯温度を給湯設定温度より一定温度高い混合目標温度になるよう前記中間混合弁の弁開度をフィードバック制御すると共に、前記給湯温度センサの検出温度に基づき前記給湯混合弁からの出湯温度を給湯設定温度になるように前記給湯混合弁の弁開度をフィードバック制御するようにした制御部を備えたものにおいて、前記制御部は、前記中間混合弁のフィードバック制御の制御応答速度を前記給湯混合弁のフィードバック制御の制御応答速度よりも遅くしたものである。
【０００７】
また、請求項４では、湯水を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンク上部に接続された出湯管と、貯湯タンク下部に接続された給水管と、この給水管から分岐された給水バイパス管と、貯湯タンク中間部に接続された中間出湯管と、前記給水バイパス管途中に設けられた給水バイパス管を流れる給水に前記中間出湯管からの湯水を混合する中間混合弁と、前記中間混合弁の出口温度を検出する中間温度センサと、前記中間混合弁からの湯水と前記出湯管からの湯水とを混合する給湯混合弁と、前記給湯混合弁の出口温度を検出する給湯温度センサと、前記中間温度センサの検出温度に基づき前記中間混合弁からの出湯温度を給湯設定温度より一定温度低い混合目標温度になるよう前記中間混合弁の弁開度をフィードバック制御すると共に、前記給湯温度センサの検出温度に基づき前記給湯混合弁からの出湯温度を給湯設定温度になるように前記給湯混合弁の弁開度をフィードバック制御するようにした制御部を備えたものにおいて、前記制御部は、前記中間混合弁のフィードバック制御の制御応答速度を前記給湯混合弁のフィードバック制御の制御応答速度よりも遅くしたものである。
【０００８】
また、請求項５では、前記請求項３または４のものにおいて、前記制御部は、前記中間混合弁の混合目標温度を所定の温度に変更する時には、前記中間混合弁のフィードバック制御の制御応答速度を一時的にさらに遅くするようにしたものである。
【０００９】
これにより、中間混合弁の制御応答速度を給湯混合弁の制御応答速度よりも遅くなるように設定されているもので、給湯温度のオーバーシュートまたはアンダーシュートを大幅に低減できるものである。
【００１０】
また、中間混合弁の混合目標温度の変更により出湯温度の変化が予測できるときは、一時的にそれまでよりさらに制御応答速度を遅くするので、中間混合弁での混合目標温度の変更に伴う出湯温度の変化をより緩やかにでき、給湯混合弁での出湯温度のアンダーシュート、オーバーシュートを確実に防止すると共に、中間混合弁の混合目標温度が変更されない通常時は、それまでと同じく給湯混合弁の制御応答速度より遅くなるようにしているため、中間混合弁からの出湯温度を安定させることができ、中間出湯管からの出湯温度が急激に低下したとしても、中間混合弁の制御応答速度が遅すぎずにアンダーシュート、オーバーシュートを低減することができるため、給湯混合弁での混合を容易にコントロールできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図１〜７に基づいて説明する。なお、図中の貯湯タンク内にハッチングした斜線は低温水、二重斜線は中温水、三重斜線は高温水を示し、矢印は湯水の流れ方向を示すものである。
【００１２】
この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、５はこの給湯栓４の近傍に設けられた給湯リモコン、６は浴槽、７は浴室に設けられたふろリモコンである。
【００１３】
前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に出湯管８と、下端に給水管９とが接続され、さらに、下部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン往き管１０と、上部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン戻り管１１とが接続され、前記ヒートポンプユニット３によってヒーポン往き管１０から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げてヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管９からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２内上部の高温水が出湯管８から押し出されて給湯されるものである。
【００１４】
前記ヒートポンプユニット３は、圧縮機１２と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１３と電子膨張弁１４と強制空冷式の蒸発器１５で構成されたヒートポンプ回路１６と、貯湯タンク２内の湯水を前記ヒーポン往き管１０およびヒーポン戻り管１１を介して冷媒−水熱交換器１３に循環させるヒーポン循環ポンプ１７と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部１８とを備えており、ヒートポンプ回路１６内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。
【００１５】
ここで、前記冷媒−水熱交換器１３は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の冷媒−水熱交換器１３入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記電子膨張弁１４または圧縮機１２を制御することで、被加熱水の冷媒−水熱交換器１３の入口温度が５〜２０℃程度の低い温度であるとＣＯＰ（エネルギー消費効率）がとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。
【００１６】
次に、１９は前記浴槽６の湯水を加熱するためのステンレス製の蛇管よりなる熱交換器で、この熱交換器１９にはふろ往き管２０およびふろ循環ポンプ２１を備えたふろ戻り管２２が接続されて浴槽６の湯水が循環可能にされ、浴槽６内の湯水が貯湯タンク２内の高温水により加熱されて保温あるいは追焚きが行われるものである。なお、２３はふろ戻り管２２を循環する浴槽６の湯水の温度を検出するふろ温度センサである。
【００１７】
次に、２４は貯湯タンク２の中間位置に接続された中間出湯管で、前記熱交換器１８でふろ側と熱交換して温度低下した中温水や湯と水の境界層付近で温度低下あるいは温度上昇した中温水などの貯湯タンク２の中間位置に貯められている湯水を貯湯タンク２から出湯するものである。
【００１８】
２５は、前記出湯管８途中で前記中間出湯管２４の下流に設けられた電動ミキシング弁より構成された中間混合弁、２６はこの中間混合弁２５下流の中間給湯管２７に設けた中間温度センサで、貯湯タンク２中間位置付近の中温水と貯湯タンク２上端に接続された出湯管８からの高温水とを給湯リモコン５やふろリモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度より所定温度高い混合目標温度になるように混合比率が制御されるものである。
【００１９】
次に、２８は中間混合弁２５からの湯水と給水管９から分岐された給水バイパス管２９からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管３０に設けた給湯温度センサ３１で検出した湯温が給湯リモコン５やふろリモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率を制御するものである。
【００２０】
３２は、中間給湯管２７から分岐された分岐中間給湯管３３からの湯水と給水管９から分岐された分岐給水バイパス管３４からの低温水とを混合する電動ミキシング弁より構成されたふろ混合弁であり、その下流側のふろ戻り管２２に連通された湯張り管３５に設けた湯張り温度センサ３６で検出した湯温が給湯リモコン５やふろリモコン７でユーザーが設定したふろ設定温度になるように混合比率を制御するものである。
【００２１】
そして、前記湯張り管３５には、浴槽６への湯張りの開始／停止を行う湯張り弁３７と、浴槽６への湯張り量をカウントするふろ流量カウンタ３８が設けられているものである。
【００２２】
次に、３９は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では５つの貯湯温度センサが配置され上から３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ、３９ｅと呼び、この貯湯温度センサ３９が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。
【００２３】
前記給湯リモコン５およびふろリモコン７には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ４０、およびふろ設定温度を設定するふろ温度設定スイッチ４１がそれぞれ設けられていると共に、浴槽６へふろ設定温度の湯をふろリモコン７の湯張り量設定スイッチ（図示せず）で設定された湯張り量だけ湯張りし所定時間保温させるふろ自動スイッチ４２がそれぞれ設けられ、さらにふろリモコン７には約６０℃の高温の湯を差し湯させる高温差し湯スイッチ４３が設けられているものである。
【００２４】
４４は貯湯タンクユニット１内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有し制御部を構成する給湯制御部である。この給湯制御部４４に前記給湯リモコン５が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度およびふろ設定温度を設定できるようにしているものである。
【００２５】
前記給湯制御部４４は、中間温度センサ２６で検出する温度が給湯設定温度あるいはふろ設定温度のうち高い方の設定温度より所定温度高い混合目標温度になるよう中間混合弁２５の弁開度をフィードバック制御するようにしているものであると共に、給湯温度センサ３１の検出する温度が給湯設定温度になるように給湯混合弁２８の弁開度をフィードバック制御するようにしているもので、さらに、湯張り温度センサ３６の検出する温度がふろ設定温度になるようにふろ混合弁３２の弁開度をフィードバック制御するようにしているものである。
【００２６】
そして、前記制御部４４は中間混合弁２５の制御応答速度を給湯混合弁２８の制御応答速度よりも遅くなるように設定されているもので、中間混合弁２５からの湯水の温度変化に給湯混合弁２８のフィードバック制御の制御応答速度が勝り給湯温度のオーバーシュートまたはアンダーシュートを大幅に低減できるものである。
【００２７】
なお、この一実施形態では前記給湯制御部４４は各混合弁２５、２８、３２のフィードバック制御を次のＰＩ演算式に基づき行うようにしている。
【００２８】
ＭＶｎ＝ＭＶｎ−１＋Ｋｐ（Ｅｎ−Ｅｎ−１）＋Ｋｉ・Ｅｎ
ＭＶ：給湯弁開度
Ｋｐ：比例定数
Ｋｉ：積分定数
Ｅｎ：目標温度と出湯温度との偏差
【００２９】
そして、中間混合弁２５の各定数Ｋｐ （２５）、Ｋｉ （２５）を給湯混合弁２８の各定数Ｋｐ （２８）、Ｋｉ （２８）よりも小さい値とし、中間混合弁２５の制御応答速度を給湯混合弁２８の制御応答速度よりも遅くし、図８に示すように従来（図１１）に比較して給湯温度のオーバーシュートまたはアンダーシュートを大幅に低減しているものである。
【００３０】
なお、４５は貯湯タンク２の過圧を逃す過圧逃し弁、４６は給水の圧力を減圧する減圧弁、４７は給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタ、４８は浴槽６の湯水が逆流するのを防止する二重に設けられた逆止弁、４９は給水の温度を検出する給水温度センサである。
【００３１】
次に、この一実施形態の作動を説明する。
まず、図２に示す沸き上げ運転について説明すると、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ３９が貯湯タンク２内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、給湯制御部４４はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部１８は圧縮機１２を起動した後にヒーポン循環ポンプ１７を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続されたヒーポン往き管１０から取り出した５〜２０℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器１３で７０〜９０℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク２上部に接続されたヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ３９が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、給湯制御部４４はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部１８は圧縮機１２を停止すると共にヒーポン循環ポンプ１７も停止して沸き上げ動作を終了するものである。
【００３２】
次に、図３に示す給湯運転について説明すると、給湯栓４を開くと、給水管９からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そして貯湯タンク２の中間部に貯められた高温水が中間出湯管２４を介して中間混合弁２５へ押し出される。なお、貯湯タンク２内には上部に高温水、下部に低温水が貯められることとなるが、その温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことはないものである。
【００３３】
ここで、給湯制御部４４は中間出湯管２４からの湯水と出湯管８からの湯水を混合して中間混合弁２５にて給湯リモコン５またはふろリモコン７で設定された給湯設定温度より一定温度以上高い混合目標温度となるように中間混合弁２５を適当な比率に調整する。なお、ここでは、中間出湯管２４から流入する湯が高温で給湯設定温度より高いため、中間混合弁２５の出湯管８側を閉じることとなる。
【００３４】
そして、中間混合弁２５から流出した混合目標温度の湯は中間給湯管２７を介して給湯混合弁２８へ流入し、給水バイパス管２９からの低温水と混合され、給湯制御部４４が給湯混合弁２８の混合比率を調整し給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。
【００３５】
ここで、前記中間混合弁２５は給湯設定温度よりも一定温度以上高い混合目標温度の湯を中間給湯管２７に供給するようにしているので、中間出湯管２４から出湯する湯水の温度が給湯設定温度よりも低い場合は、図４に示すように給湯制御部４４により中間混合弁２５の混合比率が調整されて出湯管８からの高温水を用いて給湯設定温度よりも一定温度高い混合目標温度の湯を中間給湯管２７に供給するようにし、貯湯タンク２の中間位置からの出湯を優先し、貯湯タンク２の上部に貯められている高温水の使用を最小限に留め、熱源となる高温水をより多く確保することが可能となる。
【００３６】
次に、図５に示す浴槽６への湯張り運転について説明すると、給湯リモコン５またはふろリモコン７のふろ自動スイッチ４２の何れかが操作されると、給湯制御部４４が湯張り弁３７を開弁する。そして、給水管９からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そして中間出湯管２４を介して中間混合弁２５へ貯湯タンク２内の湯水が押し出される。
【００３７】
ここで、給湯制御部４４はふろ自動スイッチ４２の入力を受けると、中間出湯管２４からの湯水と出湯管８からの湯水を混合して中間混合弁２５にて給湯リモコン５またはふろリモコン７で設定されたふろ設定温度あるいは給湯設定温度の高い方の温度より一定温度以上高い混合目標温度となるように中間混合弁２５を適当な比率に調整するようにしている。なお、ここでは、中間出湯管２４から流入する湯水が低温でふろ設定温度あるいは給湯設定温度より低い温度であるため、中間混合弁２５は出湯管８側からの高温水を混合してふろ設定温度より一定温度高い混合目標温度になるように混合比率が調整されることとなる。
【００３８】
そして、中間混合弁２５から流出した湯は中間給湯管２７を介して分岐中間給湯管３３へ出湯される。そして分岐中間給湯管３３からの高温水はふろ混合弁３２へ流入し、分岐給水バイパス管３４からの低温水と混合され、給湯制御部４４がふろ混合弁３２の混合比率を調整し、ふろ設定温度の湯が湯張り管３５からふろ戻り管２２を介して浴槽６へ湯張りされる。
【００３９】
そして、湯張り管３５途中に設けられたふろ流量カウンタ３８が所定の湯張り量をカウントすると給湯制御部４４が湯張り弁３７を閉弁して湯張り運転を終了するものである。
【００４０】
次に、図６に示すふろの保温運転あるいは追焚き運転について説明すると、前記の浴槽６への湯張り運転に引き続き、給湯制御部４４は一定時間毎にふろ循環ポンプ２１を駆動し、浴槽６内の湯温を熱交換器１９に流入させ、貯湯タンク２内の上部に貯められた高温水と浴槽水とを熱交換させふろの保温運転あるいは追焚き運転を行う。そして、ふろ温度センサ２３で検出する温度がふろ設定温度に達すると、給湯制御部４４はふろ循環ポンプ２１を駆動停止して保温運転あるいは追焚き運転を停止するものである。
【００４１】
次に、図７に示す給湯動作中にふろリモコン７の高温差し湯スイッチ４３が操作された場合について説明すると、給湯制御部４４がふろ混合弁３２の混合目標温度を高温差し湯の６０℃に設定すると同時に、中間混合弁２５の混合目標温度を高温差し湯の６０℃より一定温度高い６５℃に設定する。もちろん、給湯混合弁２８の混合目標温度はそれ以前と変わらない給湯設定温度としている。
【００４２】
このとき、給湯制御部４４は中間混合弁２５の混合目標温度を６５℃に変更すると同時に制御応答速度を一時的にそれまでよりさらに遅くするよう設定する。このように、中間混合弁２５の混合目標温度の変更により出湯温度の変化が予測できるときは、それまでよりさらに制御応答速度を遅くするので、中間混合弁２５での混合目標温度の変更に伴う出湯温度の変化をより緩やかにでき、給湯混合弁２８での出湯温度のアンダーシュート、オーバーシュートを確実に防止することができ、給湯設定温度の変更がされていない給湯側での突然の湯温のオーバーシュート、アンダーシュートが起らず使い勝手のよいものとなる。
【００４３】
なお、この一実施形態では、中間混合弁２５のＰＩ演算式における各定数Ｋｐ （２５）、Ｋｉ （２５）を中間混合弁２５からの出湯温度が新たな混合目標温度に漸近するまで、それまでよりさらに小さな値とするようにし、中間混合弁２５の制御応答速度をさらにおそくして給湯温度のオーバーシュート、アンダーシュートを防止している。そして、中間混合弁２５からの出湯温度が新たな混合目標温度に漸近したならば、中間混合弁２５のＰＩ演算式における各定数Ｋｐ （２５）、Ｋｉ （２５）をそれ以前の給湯混合弁２８の各定数Ｋｐ （２８）、Ｋｉ （２８）より小さな値に戻すようにしている。
【００４４】
ここで、中間混合弁２５の混合目標温度が変更されないときは、それまでと同じく給湯混合弁２８の制御応答速度より遅くなるようにしているため、中間混合弁２５からの出湯温度を安定させることができると共に、中間出湯管２４からの出湯温度が急激に低下したとしても、中間混合弁２５の制御応答速度が遅すぎずにアンダーシュートを低減することができるため、給湯混合弁２８での混合を容易にコントロールできる。
【００４５】
次に、本発明の他の一実施形態について図９に基づいて説明する。なお、先の一実施形態と同じものは同一の記号を付してその説明を省略する。
【００４６】
この一実施形態においては、中間混合弁２５が給水バイパス管２９途中に設けられ、中間出湯管２４からの湯水と給水バイパス管２９からの給水とを給湯設定温度より所定温度低い温度になるように混合比率が制御されるものである。
【００４７】
そして、この中間混合弁２５からの出湯と、出湯管８からの高温水とが給湯混合弁２８にて混合されて給湯設定温度の湯水が給湯されると共に、分岐中間給湯管３３を介した中間混合弁２５からの出湯と、出湯管８から分岐された分岐出湯管５０からの高温水とがふろ混合弁３２にて混合されてふろ設定温度の湯水が浴槽６へ湯張りされるようにしているものである。
【００４８】
前記中間混合弁２５は給湯設定温度よりも一定温度以上低い混合目標温度の湯を中間給湯管２７に供給するようにしているので、中間出湯管２４から出湯する湯水の温度が給湯設定温度よりも高い場合は、給湯制御部４４により中間混合弁２５の混合比率が調整されて給水バイパス管２９からの低温水を用いて給湯設定温度よりも一定温度低い混合目標温度の湯を中間給湯管２７に供給するようにし、そして、給湯混合弁２８にて出湯管８からの高温水が混合されて給湯設定温度の湯水が給湯されるので、貯湯タンク２の中間位置からの出湯を優先し、貯湯タンク２の上部に貯められている高温水の使用を最小限に留め、熱源となる高温水をより多く確保することが可能となる。
【００４９】
前記給湯制御部４４は、中間温度センサ２６で検出する温度が給湯設定温度あるいはふろ設定温度のうち低い方の設定温度より所定温度低い混合目標温度になるよう中間混合弁２５の弁開度をフィードバック制御するようにしているものであると共に、給湯温度センサ３１の検出する温度が給湯設定温度になるように給湯混合弁２８の弁開度をフィードバック制御するようにしているもので、さらに、湯張り温度センサ３６の検出する温度がふろ設定温度になるようにふろ混合弁３２の弁開度をフィードバック制御するようにしているものである。
【００５０】
そして、前記制御部４４は中間混合弁２５の制御応答速度を給湯混合弁２８の制御応答速度よりも遅くなるように設定されているもので、中間混合弁２５からの湯水の温度変化に給湯混合弁２８のフィードバック制御の制御応答速度が勝り給湯温度のオーバーシュートまたはアンダーシュートを大幅に低減できるものである。
【００５１】
次に、給湯停止中にふろリモコン７の高温差し湯スイッチ４３が操作された場合について説明すると、給湯制御部４４がふろ混合弁３２の混合目標温度を高温差し湯の６０℃に設定すると同時に、中間混合弁２５の混合目標温度を高温差し湯の６０℃より一定温度低い５５℃に設定する。
【００５２】
そして、ここで高温差し湯中に給湯動作が開始されると、給湯制御部４４が中間混合弁２５の混合目標温度を給湯設定温度より一定温度低い混合目標温度に変更する。
【００５３】
このとき、給湯制御部４４は中間混合弁２５の混合目標温度を変更すると同時に制御応答速度を一時的にそれまでよりさらに遅くするよう設定する。このように、中間混合弁２５の混合目標温度の変更により出湯温度の変化が予測できるときは、それまでよりさらに制御応答速度を遅くするので、中間混合弁２５での混合目標温度の変更に伴う出湯温度の変化をより緩やかにでき、給湯混合弁２８での出湯温度のアンダーシュート、オーバーシュートを確実に防止することができ、給湯設定温度の変更がされていない給湯側での突然の湯温のオーバーシュート、アンダーシュートが起らず使い勝手のよいものとなる。
【００５４】
ここで、中間混合弁２５の混合目標温度が変更されないときは、それまでと同じく給湯混合弁２８の制御応答速度より遅くなるようにしているため、中間混合弁２５からの出湯温度を安定させることができると共に、中間出湯管２４からの出湯温度が急激に低下したとしても、中間混合弁２５の制御応答速度が遅すぎずにアンダーシュートを低減することができるため、給湯混合弁２８での混合を容易にコントロールできる。
【００５５】
なお、本発明は上記２つの実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で変更可能なものであり、例えば、加熱手段として貯湯タンク２内に電熱ヒータを配したり、ふろの保温／追焚き用の熱交換器１８を廃して、浴槽６への湯張りおよび差し湯（高温差し湯含む）が可能なセミオートタイプとすることも可能である。
【００５６】
また、中間混合弁２５の混合目標温度が変更されたときに中間混合弁２５の制御応答速度をそれまでよりさらに遅くする一時的という条件は、この一実施形態に示したやり方のみに限定されるものではなく、例えば混合目標温度を変更してから一定時間や中間混合弁２５の出湯温度の変動が安定するまでといったやり方でも良いものである。
【００５７】
また、中間混合弁２５の制御応答速度を遅くする方法として、これらの一実施形態では中間混合弁２５でのＰＩ演算式の各定数を小さい値とすることで実現しているが、これに限らず、中間混合弁２５でのＰＩ演算の実行サイクルを遅くしてやったり、中間混合弁２５を駆動するモータの回転速度を遅くしてやったりすることでも実現可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、中間混合弁の制御応答速度を給湯混合弁の制御応答速度よりも遅くなるように設定されているもので、給湯温度のオーバーシュートまたはアンダーシュートを大幅に低減できるものである。
【００５９】
また、中間混合弁の混合目標温度の変更により出湯温度の変化が予測できるときは、一時的にそれまでよりさらに制御応答速度を遅くするので、中間混合弁での混合目標温度の変更に伴う出湯温度の変化をより緩やかにでき、給湯混合弁での出湯温度のアンダーシュート、オーバーシュートを確実に防止すると共に、中間混合弁の混合目標温度が変更されない通常時は、それまでと同じく給湯混合弁の制御応答速度より遅くなるようにしているため、中間混合弁からの出湯温度を安定させることができ、中間出湯管からの出湯温度が急激に低下したとしても、中間混合弁の制御応答速度が遅すぎずにアンダーシュート、オーバーシュートを低減することができるため、給湯混合弁での混合を容易にコントロールできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成図。
【図２】同一実施形態の沸き上げ運転の作動を説明する図。
【図３】同一実施形態の給湯運転の作動を説明する図。
【図４】同一実施形態の給湯運転の作動を説明する図。
【図５】同一実施形態の湯張り運転の作動を説明する図。
【図６】同一実施形態の保温／追焚き運転の作動を説明する図。
【図７】同一実施形態の給湯／湯張り（高温差し湯）同時運転の作動を説明する図。
【図８】同一実施形態の中間混合弁の混合目標温度を変化させたときの中間混合弁の出口温度と給湯混合弁の出口温度の変化を示す図。
【図９】本発明の他の一実施形態の概略構成図。
【図１０】従来の貯湯式給湯装置の概略構成図。
【図１１】従来の中間混合弁の混合目標温度を変化させたときの中間混合弁の出口温度と給湯混合弁の出口温度の変化を示す図。
【符号の説明】
２ 貯湯タンク
８ 出湯管
９ 給水管
２４ 中間出湯管
２５ 中間混合弁
２６ 中間温度センサ
２８ 給湯混合弁
２９ 給水バイパス管
３１ 給湯温度センサ
４４ 給湯制御部
【発明の属する技術分野】
本発明は、貯湯式給湯装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来よりこの種のものにおいては、本件出願人により開発中の図１０に示すようなものがあった。これを説明すると、湯水を貯湯する貯湯タンク２と、貯湯タンク２上部に接続された出湯管８と、貯湯タンク２下部に接続された給水管９と、この給水管９から分岐された給水バイパス管２９と、貯湯タンク２中間部に接続された中間出湯管２４と、前記出湯管８途中に設けられた出湯管８を流れる湯水に前記中間出湯管２４からの湯水を混合する中間混合弁２５と、前記中間混合弁２５の出口温度を検出する中間温度センサ２６と、前記中間混合弁２６からの湯水と前記給水バイパス管２９からの湯水とを混合する給湯混合弁２８と、前記給湯混合弁２８の出口温度を検出する給湯温度センサ３１と、前記中間温度センサ２６の検出温度に基づき前記中間混合弁２５からの出湯温度を給湯設定温度より一定温度高い温度になるよう前記中間混合弁２５の開度をフィードバック制御すると共に、前記給湯温度センサ３１の検出温度に基づき前記給湯混合弁２８からの給湯温度を給湯設定温度になるように前記給湯混合弁２８の開度をフィードバック制御するようにした制御部４４を備えた貯湯式給湯装置があった。なお、このような従来の貯湯式給湯装置にかかる公知の刊行物を本願出願人は発見することができなかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、この従来のものでは、中間混合弁２５と給湯混合弁２８とを同じ制御応答速度で制御しているので、中間混合弁２５からの湯水の温度変化に給湯混合弁のフィードバック制御が追いつかず、図１１に示すように湯温のオーバーシュートまたはアンダーシュートを引き起こしてしまう場合があるという課題があった。
【０００４】
【課題を解決する為の手段】
そこで、本発明は上記課題を解決するため、請求項１では、貯湯タンクの上部からの出湯と、貯湯タンクの中間部からの出湯と、給水管からの水とを、上流側の中間混合弁および下流側の給湯混合弁により混合し、前記中間混合弁の出口温度を混合目標温度になるよう弁開度をフィードバック制御し、前記給湯混合弁の出口温度を給湯設定温度になるよう弁開度をフィードバック制御して、給湯設定温度の湯水を給湯する貯湯式給湯装置において、前記中間混合弁のフィードバック制御の制御応答速度を前記給湯混合弁のフィードバック制御の制御応答速度よりも遅くしたものである。
【０００５】
また、請求項２では、前記請求項１のものにおいて、前記中間混合弁からの混合目標温度を変更する時には、前記中間混合弁のフィードバック制御の制御応答速度を一時的にさらに遅くするようにしたものである。
【０００６】
また、請求項３では、湯水を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンク上部に接続された出湯管と、貯湯タンク下部に接続された給水管と、この給水管から分岐された給水バイパス管と、貯湯タンク中間部に接続された中間出湯管と、前記出湯管途中に設けられた出湯管を流れる湯水に前記中間出湯管からの湯水を混合する中間混合弁と、前記中間混合弁の出口温度を検出する中間温度センサと、前記中間混合弁からの湯水と前記給水バイパス管からの湯水とを混合する給湯混合弁と、前記給湯混合弁の出口温度を検出する給湯温度センサと、前記中間温度センサの検出温度に基づき前記中間混合弁の出湯温度を給湯設定温度より一定温度高い混合目標温度になるよう前記中間混合弁の弁開度をフィードバック制御すると共に、前記給湯温度センサの検出温度に基づき前記給湯混合弁からの出湯温度を給湯設定温度になるように前記給湯混合弁の弁開度をフィードバック制御するようにした制御部を備えたものにおいて、前記制御部は、前記中間混合弁のフィードバック制御の制御応答速度を前記給湯混合弁のフィードバック制御の制御応答速度よりも遅くしたものである。
【０００７】
また、請求項４では、湯水を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンク上部に接続された出湯管と、貯湯タンク下部に接続された給水管と、この給水管から分岐された給水バイパス管と、貯湯タンク中間部に接続された中間出湯管と、前記給水バイパス管途中に設けられた給水バイパス管を流れる給水に前記中間出湯管からの湯水を混合する中間混合弁と、前記中間混合弁の出口温度を検出する中間温度センサと、前記中間混合弁からの湯水と前記出湯管からの湯水とを混合する給湯混合弁と、前記給湯混合弁の出口温度を検出する給湯温度センサと、前記中間温度センサの検出温度に基づき前記中間混合弁からの出湯温度を給湯設定温度より一定温度低い混合目標温度になるよう前記中間混合弁の弁開度をフィードバック制御すると共に、前記給湯温度センサの検出温度に基づき前記給湯混合弁からの出湯温度を給湯設定温度になるように前記給湯混合弁の弁開度をフィードバック制御するようにした制御部を備えたものにおいて、前記制御部は、前記中間混合弁のフィードバック制御の制御応答速度を前記給湯混合弁のフィードバック制御の制御応答速度よりも遅くしたものである。
【０００８】
また、請求項５では、前記請求項３または４のものにおいて、前記制御部は、前記中間混合弁の混合目標温度を所定の温度に変更する時には、前記中間混合弁のフィードバック制御の制御応答速度を一時的にさらに遅くするようにしたものである。
【０００９】
これにより、中間混合弁の制御応答速度を給湯混合弁の制御応答速度よりも遅くなるように設定されているもので、給湯温度のオーバーシュートまたはアンダーシュートを大幅に低減できるものである。
【００１０】
また、中間混合弁の混合目標温度の変更により出湯温度の変化が予測できるときは、一時的にそれまでよりさらに制御応答速度を遅くするので、中間混合弁での混合目標温度の変更に伴う出湯温度の変化をより緩やかにでき、給湯混合弁での出湯温度のアンダーシュート、オーバーシュートを確実に防止すると共に、中間混合弁の混合目標温度が変更されない通常時は、それまでと同じく給湯混合弁の制御応答速度より遅くなるようにしているため、中間混合弁からの出湯温度を安定させることができ、中間出湯管からの出湯温度が急激に低下したとしても、中間混合弁の制御応答速度が遅すぎずにアンダーシュート、オーバーシュートを低減することができるため、給湯混合弁での混合を容易にコントロールできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の一実施形態を図１〜７に基づいて説明する。なお、図中の貯湯タンク内にハッチングした斜線は低温水、二重斜線は中温水、三重斜線は高温水を示し、矢印は湯水の流れ方向を示すものである。
【００１２】
この貯湯式給湯装置は、時間帯別契約電力の電力単価が安価な深夜時間帯に湯水を沸き上げて貯湯し、この貯湯した湯水を給湯に用いるもので、１は湯水を貯湯する貯湯タンク２を備えた貯湯タンクユニット、３は貯湯タンク内の湯水を加熱する加熱手段としてのヒートポンプユニット、４は台所や洗面所等に設けられた給湯栓、５はこの給湯栓４の近傍に設けられた給湯リモコン、６は浴槽、７は浴室に設けられたふろリモコンである。
【００１３】
前記貯湯タンクユニット１の貯湯タンク２は、上端に出湯管８と、下端に給水管９とが接続され、さらに、下部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン往き管１０と、上部にヒーポン循環回路を構成するヒーポン戻り管１１とが接続され、前記ヒートポンプユニット３によってヒーポン往き管１０から取り出した貯湯タンク２内の湯水を沸き上げてヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻して貯湯され、給水管９からの給水により貯湯タンク２内の湯水が押し上げられて貯湯タンク２内上部の高温水が出湯管８から押し出されて給湯されるものである。
【００１４】
前記ヒートポンプユニット３は、圧縮機１２と凝縮器としての冷媒−水熱交換器１３と電子膨張弁１４と強制空冷式の蒸発器１５で構成されたヒートポンプ回路１６と、貯湯タンク２内の湯水を前記ヒーポン往き管１０およびヒーポン戻り管１１を介して冷媒−水熱交換器１３に循環させるヒーポン循環ポンプ１７と、それらの駆動を制御するヒーポン制御部１８とを備えており、ヒートポンプ回路１６内には冷媒として二酸化炭素が用いられて超臨界ヒートポンプサイクルを構成しているものである。なお、冷媒に二酸化炭素を用いているので、低温水を電熱ヒータなしで約９０℃の高温まで沸き上げることが可能なものである。
【００１５】
ここで、前記冷媒−水熱交換器１３は冷媒と被加熱水たる貯湯タンク２内の湯水とが対向して流れる対向流方式を採用しており、超臨界ヒートポンプサイクルでは熱交換時において冷媒は超臨界状態のまま凝縮されるため効率良く高温まで被加熱水を加熱することができ、被加熱水の冷媒−水熱交換器１３入口温度と冷媒の出口温度との温度差が一定になるように前記電子膨張弁１４または圧縮機１２を制御することで、被加熱水の冷媒−水熱交換器１３の入口温度が５〜２０℃程度の低い温度であるとＣＯＰ（エネルギー消費効率）がとても良い状態で被加熱水を加熱することが可能なものである。
【００１６】
次に、１９は前記浴槽６の湯水を加熱するためのステンレス製の蛇管よりなる熱交換器で、この熱交換器１９にはふろ往き管２０およびふろ循環ポンプ２１を備えたふろ戻り管２２が接続されて浴槽６の湯水が循環可能にされ、浴槽６内の湯水が貯湯タンク２内の高温水により加熱されて保温あるいは追焚きが行われるものである。なお、２３はふろ戻り管２２を循環する浴槽６の湯水の温度を検出するふろ温度センサである。
【００１７】
次に、２４は貯湯タンク２の中間位置に接続された中間出湯管で、前記熱交換器１８でふろ側と熱交換して温度低下した中温水や湯と水の境界層付近で温度低下あるいは温度上昇した中温水などの貯湯タンク２の中間位置に貯められている湯水を貯湯タンク２から出湯するものである。
【００１８】
２５は、前記出湯管８途中で前記中間出湯管２４の下流に設けられた電動ミキシング弁より構成された中間混合弁、２６はこの中間混合弁２５下流の中間給湯管２７に設けた中間温度センサで、貯湯タンク２中間位置付近の中温水と貯湯タンク２上端に接続された出湯管８からの高温水とを給湯リモコン５やふろリモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度より所定温度高い混合目標温度になるように混合比率が制御されるものである。
【００１９】
次に、２８は中間混合弁２５からの湯水と給水管９から分岐された給水バイパス管２９からの低温水を混合する電動ミキシング弁より構成された給湯混合弁であり、その下流の給湯管３０に設けた給湯温度センサ３１で検出した湯温が給湯リモコン５やふろリモコン７でユーザーが設定した給湯設定温度になるように混合比率を制御するものである。
【００２０】
３２は、中間給湯管２７から分岐された分岐中間給湯管３３からの湯水と給水管９から分岐された分岐給水バイパス管３４からの低温水とを混合する電動ミキシング弁より構成されたふろ混合弁であり、その下流側のふろ戻り管２２に連通された湯張り管３５に設けた湯張り温度センサ３６で検出した湯温が給湯リモコン５やふろリモコン７でユーザーが設定したふろ設定温度になるように混合比率を制御するものである。
【００２１】
そして、前記湯張り管３５には、浴槽６への湯張りの開始／停止を行う湯張り弁３７と、浴槽６への湯張り量をカウントするふろ流量カウンタ３８が設けられているものである。
【００２２】
次に、３９は貯湯タンク２の上下方向に複数個配置された貯湯温度センサで、この実施形態では５つの貯湯温度センサが配置され上から３９ａ、３９ｂ、３９ｃ、３９ｄ、３９ｅと呼び、この貯湯温度センサ３９が検出する温度情報によって、貯湯タンク２内にどれだけの熱量が残っているかを検知し、そして貯湯タンク２内の上下方向の温度分布を検知するものである。
【００２３】
前記給湯リモコン５およびふろリモコン７には、給湯設定温度を設定する給湯温度設定スイッチ４０、およびふろ設定温度を設定するふろ温度設定スイッチ４１がそれぞれ設けられていると共に、浴槽６へふろ設定温度の湯をふろリモコン７の湯張り量設定スイッチ（図示せず）で設定された湯張り量だけ湯張りし所定時間保温させるふろ自動スイッチ４２がそれぞれ設けられ、さらにふろリモコン７には約６０℃の高温の湯を差し湯させる高温差し湯スイッチ４３が設けられているものである。
【００２４】
４４は貯湯タンクユニット１内の各センサの入力を受け各アクチュエータの駆動を制御するマイコンを有し制御部を構成する給湯制御部である。この給湯制御部４４に前記給湯リモコン５が無線または有線により接続されユーザーが任意の給湯設定温度およびふろ設定温度を設定できるようにしているものである。
【００２５】
前記給湯制御部４４は、中間温度センサ２６で検出する温度が給湯設定温度あるいはふろ設定温度のうち高い方の設定温度より所定温度高い混合目標温度になるよう中間混合弁２５の弁開度をフィードバック制御するようにしているものであると共に、給湯温度センサ３１の検出する温度が給湯設定温度になるように給湯混合弁２８の弁開度をフィードバック制御するようにしているもので、さらに、湯張り温度センサ３６の検出する温度がふろ設定温度になるようにふろ混合弁３２の弁開度をフィードバック制御するようにしているものである。
【００２６】
そして、前記制御部４４は中間混合弁２５の制御応答速度を給湯混合弁２８の制御応答速度よりも遅くなるように設定されているもので、中間混合弁２５からの湯水の温度変化に給湯混合弁２８のフィードバック制御の制御応答速度が勝り給湯温度のオーバーシュートまたはアンダーシュートを大幅に低減できるものである。
【００２７】
なお、この一実施形態では前記給湯制御部４４は各混合弁２５、２８、３２のフィードバック制御を次のＰＩ演算式に基づき行うようにしている。
【００２８】
ＭＶｎ＝ＭＶｎ−１＋Ｋｐ（Ｅｎ−Ｅｎ−１）＋Ｋｉ・Ｅｎ
ＭＶ：給湯弁開度
Ｋｐ：比例定数
Ｋｉ：積分定数
Ｅｎ：目標温度と出湯温度との偏差
【００２９】
そして、中間混合弁２５の各定数Ｋｐ （２５）、Ｋｉ （２５）を給湯混合弁２８の各定数Ｋｐ （２８）、Ｋｉ （２８）よりも小さい値とし、中間混合弁２５の制御応答速度を給湯混合弁２８の制御応答速度よりも遅くし、図８に示すように従来（図１１）に比較して給湯温度のオーバーシュートまたはアンダーシュートを大幅に低減しているものである。
【００３０】
なお、４５は貯湯タンク２の過圧を逃す過圧逃し弁、４６は給水の圧力を減圧する減圧弁、４７は給湯する湯水の量をカウントする給湯流量カウンタ、４８は浴槽６の湯水が逆流するのを防止する二重に設けられた逆止弁、４９は給水の温度を検出する給水温度センサである。
【００３１】
次に、この一実施形態の作動を説明する。
まず、図２に示す沸き上げ運転について説明すると、深夜電力時間帯になって貯湯温度センサ３９が貯湯タンク２内に翌日に必要な熱量が残っていないことを検出すると、給湯制御部４４はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ開始指令を発する。指令を受けたヒーポン制御部１８は圧縮機１２を起動した後にヒーポン循環ポンプ１７を駆動開始し、貯湯タンク２下部に接続されたヒーポン往き管１０から取り出した５〜２０℃程度の低温水を冷媒−水熱交換器１３で７０〜９０℃程度の高温に加熱し、貯湯タンク２上部に接続されたヒーポン戻り管１１から貯湯タンク２内に戻し、貯湯タンク２の上部から順次積層して高温水を貯湯していく。貯湯温度センサ３９が必要な熱量が貯湯されたことを検出すると、給湯制御部４４はヒーポン制御部１８に対して沸き上げ停止指令を発し、ヒーポン制御部１８は圧縮機１２を停止すると共にヒーポン循環ポンプ１７も停止して沸き上げ動作を終了するものである。
【００３２】
次に、図３に示す給湯運転について説明すると、給湯栓４を開くと、給水管９からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そして貯湯タンク２の中間部に貯められた高温水が中間出湯管２４を介して中間混合弁２５へ押し出される。なお、貯湯タンク２内には上部に高温水、下部に低温水が貯められることとなるが、その温度差により比重差が発生し、温度境界層を形成して比重の軽い高温水が上部に、比重の重い低温水が下部に位置するので、互いに混じり合うことはないものである。
【００３３】
ここで、給湯制御部４４は中間出湯管２４からの湯水と出湯管８からの湯水を混合して中間混合弁２５にて給湯リモコン５またはふろリモコン７で設定された給湯設定温度より一定温度以上高い混合目標温度となるように中間混合弁２５を適当な比率に調整する。なお、ここでは、中間出湯管２４から流入する湯が高温で給湯設定温度より高いため、中間混合弁２５の出湯管８側を閉じることとなる。
【００３４】
そして、中間混合弁２５から流出した混合目標温度の湯は中間給湯管２７を介して給湯混合弁２８へ流入し、給水バイパス管２９からの低温水と混合され、給湯制御部４４が給湯混合弁２８の混合比率を調整し給湯設定温度の湯が給湯栓４から給湯される。そして、給湯栓４の閉止によって給湯が終了するものである。
【００３５】
ここで、前記中間混合弁２５は給湯設定温度よりも一定温度以上高い混合目標温度の湯を中間給湯管２７に供給するようにしているので、中間出湯管２４から出湯する湯水の温度が給湯設定温度よりも低い場合は、図４に示すように給湯制御部４４により中間混合弁２５の混合比率が調整されて出湯管８からの高温水を用いて給湯設定温度よりも一定温度高い混合目標温度の湯を中間給湯管２７に供給するようにし、貯湯タンク２の中間位置からの出湯を優先し、貯湯タンク２の上部に貯められている高温水の使用を最小限に留め、熱源となる高温水をより多く確保することが可能となる。
【００３６】
次に、図５に示す浴槽６への湯張り運転について説明すると、給湯リモコン５またはふろリモコン７のふろ自動スイッチ４２の何れかが操作されると、給湯制御部４４が湯張り弁３７を開弁する。そして、給水管９からの給水が貯湯タンク２内に流れ込む。そして中間出湯管２４を介して中間混合弁２５へ貯湯タンク２内の湯水が押し出される。
【００３７】
ここで、給湯制御部４４はふろ自動スイッチ４２の入力を受けると、中間出湯管２４からの湯水と出湯管８からの湯水を混合して中間混合弁２５にて給湯リモコン５またはふろリモコン７で設定されたふろ設定温度あるいは給湯設定温度の高い方の温度より一定温度以上高い混合目標温度となるように中間混合弁２５を適当な比率に調整するようにしている。なお、ここでは、中間出湯管２４から流入する湯水が低温でふろ設定温度あるいは給湯設定温度より低い温度であるため、中間混合弁２５は出湯管８側からの高温水を混合してふろ設定温度より一定温度高い混合目標温度になるように混合比率が調整されることとなる。
【００３８】
そして、中間混合弁２５から流出した湯は中間給湯管２７を介して分岐中間給湯管３３へ出湯される。そして分岐中間給湯管３３からの高温水はふろ混合弁３２へ流入し、分岐給水バイパス管３４からの低温水と混合され、給湯制御部４４がふろ混合弁３２の混合比率を調整し、ふろ設定温度の湯が湯張り管３５からふろ戻り管２２を介して浴槽６へ湯張りされる。
【００３９】
そして、湯張り管３５途中に設けられたふろ流量カウンタ３８が所定の湯張り量をカウントすると給湯制御部４４が湯張り弁３７を閉弁して湯張り運転を終了するものである。
【００４０】
次に、図６に示すふろの保温運転あるいは追焚き運転について説明すると、前記の浴槽６への湯張り運転に引き続き、給湯制御部４４は一定時間毎にふろ循環ポンプ２１を駆動し、浴槽６内の湯温を熱交換器１９に流入させ、貯湯タンク２内の上部に貯められた高温水と浴槽水とを熱交換させふろの保温運転あるいは追焚き運転を行う。そして、ふろ温度センサ２３で検出する温度がふろ設定温度に達すると、給湯制御部４４はふろ循環ポンプ２１を駆動停止して保温運転あるいは追焚き運転を停止するものである。
【００４１】
次に、図７に示す給湯動作中にふろリモコン７の高温差し湯スイッチ４３が操作された場合について説明すると、給湯制御部４４がふろ混合弁３２の混合目標温度を高温差し湯の６０℃に設定すると同時に、中間混合弁２５の混合目標温度を高温差し湯の６０℃より一定温度高い６５℃に設定する。もちろん、給湯混合弁２８の混合目標温度はそれ以前と変わらない給湯設定温度としている。
【００４２】
このとき、給湯制御部４４は中間混合弁２５の混合目標温度を６５℃に変更すると同時に制御応答速度を一時的にそれまでよりさらに遅くするよう設定する。このように、中間混合弁２５の混合目標温度の変更により出湯温度の変化が予測できるときは、それまでよりさらに制御応答速度を遅くするので、中間混合弁２５での混合目標温度の変更に伴う出湯温度の変化をより緩やかにでき、給湯混合弁２８での出湯温度のアンダーシュート、オーバーシュートを確実に防止することができ、給湯設定温度の変更がされていない給湯側での突然の湯温のオーバーシュート、アンダーシュートが起らず使い勝手のよいものとなる。
【００４３】
なお、この一実施形態では、中間混合弁２５のＰＩ演算式における各定数Ｋｐ （２５）、Ｋｉ （２５）を中間混合弁２５からの出湯温度が新たな混合目標温度に漸近するまで、それまでよりさらに小さな値とするようにし、中間混合弁２５の制御応答速度をさらにおそくして給湯温度のオーバーシュート、アンダーシュートを防止している。そして、中間混合弁２５からの出湯温度が新たな混合目標温度に漸近したならば、中間混合弁２５のＰＩ演算式における各定数Ｋｐ （２５）、Ｋｉ （２５）をそれ以前の給湯混合弁２８の各定数Ｋｐ （２８）、Ｋｉ （２８）より小さな値に戻すようにしている。
【００４４】
ここで、中間混合弁２５の混合目標温度が変更されないときは、それまでと同じく給湯混合弁２８の制御応答速度より遅くなるようにしているため、中間混合弁２５からの出湯温度を安定させることができると共に、中間出湯管２４からの出湯温度が急激に低下したとしても、中間混合弁２５の制御応答速度が遅すぎずにアンダーシュートを低減することができるため、給湯混合弁２８での混合を容易にコントロールできる。
【００４５】
次に、本発明の他の一実施形態について図９に基づいて説明する。なお、先の一実施形態と同じものは同一の記号を付してその説明を省略する。
【００４６】
この一実施形態においては、中間混合弁２５が給水バイパス管２９途中に設けられ、中間出湯管２４からの湯水と給水バイパス管２９からの給水とを給湯設定温度より所定温度低い温度になるように混合比率が制御されるものである。
【００４７】
そして、この中間混合弁２５からの出湯と、出湯管８からの高温水とが給湯混合弁２８にて混合されて給湯設定温度の湯水が給湯されると共に、分岐中間給湯管３３を介した中間混合弁２５からの出湯と、出湯管８から分岐された分岐出湯管５０からの高温水とがふろ混合弁３２にて混合されてふろ設定温度の湯水が浴槽６へ湯張りされるようにしているものである。
【００４８】
前記中間混合弁２５は給湯設定温度よりも一定温度以上低い混合目標温度の湯を中間給湯管２７に供給するようにしているので、中間出湯管２４から出湯する湯水の温度が給湯設定温度よりも高い場合は、給湯制御部４４により中間混合弁２５の混合比率が調整されて給水バイパス管２９からの低温水を用いて給湯設定温度よりも一定温度低い混合目標温度の湯を中間給湯管２７に供給するようにし、そして、給湯混合弁２８にて出湯管８からの高温水が混合されて給湯設定温度の湯水が給湯されるので、貯湯タンク２の中間位置からの出湯を優先し、貯湯タンク２の上部に貯められている高温水の使用を最小限に留め、熱源となる高温水をより多く確保することが可能となる。
【００４９】
前記給湯制御部４４は、中間温度センサ２６で検出する温度が給湯設定温度あるいはふろ設定温度のうち低い方の設定温度より所定温度低い混合目標温度になるよう中間混合弁２５の弁開度をフィードバック制御するようにしているものであると共に、給湯温度センサ３１の検出する温度が給湯設定温度になるように給湯混合弁２８の弁開度をフィードバック制御するようにしているもので、さらに、湯張り温度センサ３６の検出する温度がふろ設定温度になるようにふろ混合弁３２の弁開度をフィードバック制御するようにしているものである。
【００５０】
そして、前記制御部４４は中間混合弁２５の制御応答速度を給湯混合弁２８の制御応答速度よりも遅くなるように設定されているもので、中間混合弁２５からの湯水の温度変化に給湯混合弁２８のフィードバック制御の制御応答速度が勝り給湯温度のオーバーシュートまたはアンダーシュートを大幅に低減できるものである。
【００５１】
次に、給湯停止中にふろリモコン７の高温差し湯スイッチ４３が操作された場合について説明すると、給湯制御部４４がふろ混合弁３２の混合目標温度を高温差し湯の６０℃に設定すると同時に、中間混合弁２５の混合目標温度を高温差し湯の６０℃より一定温度低い５５℃に設定する。
【００５２】
そして、ここで高温差し湯中に給湯動作が開始されると、給湯制御部４４が中間混合弁２５の混合目標温度を給湯設定温度より一定温度低い混合目標温度に変更する。
【００５３】
このとき、給湯制御部４４は中間混合弁２５の混合目標温度を変更すると同時に制御応答速度を一時的にそれまでよりさらに遅くするよう設定する。このように、中間混合弁２５の混合目標温度の変更により出湯温度の変化が予測できるときは、それまでよりさらに制御応答速度を遅くするので、中間混合弁２５での混合目標温度の変更に伴う出湯温度の変化をより緩やかにでき、給湯混合弁２８での出湯温度のアンダーシュート、オーバーシュートを確実に防止することができ、給湯設定温度の変更がされていない給湯側での突然の湯温のオーバーシュート、アンダーシュートが起らず使い勝手のよいものとなる。
【００５４】
ここで、中間混合弁２５の混合目標温度が変更されないときは、それまでと同じく給湯混合弁２８の制御応答速度より遅くなるようにしているため、中間混合弁２５からの出湯温度を安定させることができると共に、中間出湯管２４からの出湯温度が急激に低下したとしても、中間混合弁２５の制御応答速度が遅すぎずにアンダーシュートを低減することができるため、給湯混合弁２８での混合を容易にコントロールできる。
【００５５】
なお、本発明は上記２つの実施形態のみに限定されるものではなく、発明の要旨を変更しない範囲で変更可能なものであり、例えば、加熱手段として貯湯タンク２内に電熱ヒータを配したり、ふろの保温／追焚き用の熱交換器１８を廃して、浴槽６への湯張りおよび差し湯（高温差し湯含む）が可能なセミオートタイプとすることも可能である。
【００５６】
また、中間混合弁２５の混合目標温度が変更されたときに中間混合弁２５の制御応答速度をそれまでよりさらに遅くする一時的という条件は、この一実施形態に示したやり方のみに限定されるものではなく、例えば混合目標温度を変更してから一定時間や中間混合弁２５の出湯温度の変動が安定するまでといったやり方でも良いものである。
【００５７】
また、中間混合弁２５の制御応答速度を遅くする方法として、これらの一実施形態では中間混合弁２５でのＰＩ演算式の各定数を小さい値とすることで実現しているが、これに限らず、中間混合弁２５でのＰＩ演算の実行サイクルを遅くしてやったり、中間混合弁２５を駆動するモータの回転速度を遅くしてやったりすることでも実現可能である。
【００５８】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、中間混合弁の制御応答速度を給湯混合弁の制御応答速度よりも遅くなるように設定されているもので、給湯温度のオーバーシュートまたはアンダーシュートを大幅に低減できるものである。
【００５９】
また、中間混合弁の混合目標温度の変更により出湯温度の変化が予測できるときは、一時的にそれまでよりさらに制御応答速度を遅くするので、中間混合弁での混合目標温度の変更に伴う出湯温度の変化をより緩やかにでき、給湯混合弁での出湯温度のアンダーシュート、オーバーシュートを確実に防止すると共に、中間混合弁の混合目標温度が変更されない通常時は、それまでと同じく給湯混合弁の制御応答速度より遅くなるようにしているため、中間混合弁からの出湯温度を安定させることができ、中間出湯管からの出湯温度が急激に低下したとしても、中間混合弁の制御応答速度が遅すぎずにアンダーシュート、オーバーシュートを低減することができるため、給湯混合弁での混合を容易にコントロールできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の概略構成図。
【図２】同一実施形態の沸き上げ運転の作動を説明する図。
【図３】同一実施形態の給湯運転の作動を説明する図。
【図４】同一実施形態の給湯運転の作動を説明する図。
【図５】同一実施形態の湯張り運転の作動を説明する図。
【図６】同一実施形態の保温／追焚き運転の作動を説明する図。
【図７】同一実施形態の給湯／湯張り（高温差し湯）同時運転の作動を説明する図。
【図８】同一実施形態の中間混合弁の混合目標温度を変化させたときの中間混合弁の出口温度と給湯混合弁の出口温度の変化を示す図。
【図９】本発明の他の一実施形態の概略構成図。
【図１０】従来の貯湯式給湯装置の概略構成図。
【図１１】従来の中間混合弁の混合目標温度を変化させたときの中間混合弁の出口温度と給湯混合弁の出口温度の変化を示す図。
【符号の説明】
２ 貯湯タンク
８ 出湯管
９ 給水管
２４ 中間出湯管
２５ 中間混合弁
２６ 中間温度センサ
２８ 給湯混合弁
２９ 給水バイパス管
３１ 給湯温度センサ
４４ 給湯制御部
Claims (5)
- 貯湯タンクの上部からの出湯と、貯湯タンクの中間部からの出湯と、給水管からの水とを、上流側の中間混合弁および下流側の給湯混合弁により混合し、前記中間混合弁の出口温度を混合目標温度になるよう弁開度をフィードバック制御し、前記給湯混合弁の出口温度を給湯設定温度になるよう弁開度をフィードバック制御して、給湯設定温度の湯水を給湯する貯湯式給湯装置において、前記中間混合弁のフィードバック制御の制御応答速度を前記給湯混合弁のフィードバック制御の制御応答速度よりも遅くしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
- 前記中間混合弁からの混合目標温度を変更する時には、前記中間混合弁のフィードバック制御の制御応答速度を一時的にさらに遅くするようにしたことを特徴とする請求項１記載の貯湯式給湯装置。
- 湯水を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンク上部に接続された出湯管と、貯湯タンク下部に接続された給水管と、この給水管から分岐された給水バイパス管と、貯湯タンク中間部に接続された中間出湯管と、前記出湯管途中に設けられた出湯管を流れる湯水に前記中間出湯管からの湯水を混合する中間混合弁と、前記中間混合弁の出口温度を検出する中間温度センサと、前記中間混合弁からの湯水と前記給水バイパス管からの湯水とを混合する給湯混合弁と、前記給湯混合弁の出口温度を検出する給湯温度センサと、前記中間温度センサの検出温度に基づき前記中間混合弁の出湯温度を給湯設定温度より一定温度高い混合目標温度になるよう前記中間混合弁の弁開度をフィードバック制御すると共に、前記給湯温度センサの検出温度に基づき前記給湯混合弁からの出湯温度を給湯設定温度になるように前記給湯混合弁の弁開度をフィードバック制御するようにした制御部を備えたものにおいて、前記制御部は、前記中間混合弁のフィードバック制御の制御応答速度を前記給湯混合弁のフィードバック制御の制御応答速度よりも遅くしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
- 湯水を貯湯する貯湯タンクと、貯湯タンク上部に接続された出湯管と、貯湯タンク下部に接続された給水管と、この給水管から分岐された給水バイパス管と、貯湯タンク中間部に接続された中間出湯管と、前記給水バイパス管途中に設けられた給水バイパス管を流れる給水に前記中間出湯管からの湯水を混合する中間混合弁と、前記中間混合弁の出口温度を検出する中間温度センサと、前記中間混合弁からの湯水と前記出湯管からの湯水とを混合する給湯混合弁と、前記給湯混合弁の出口温度を検出する給湯温度センサと、前記中間温度センサの検出温度に基づき前記中間混合弁からの出湯温度を給湯設定温度より一定温度低い混合目標温度になるよう前記中間混合弁の弁開度をフィードバック制御すると共に、前記給湯温度センサの検出温度に基づき前記給湯混合弁からの出湯温度を給湯設定温度になるように前記給湯混合弁の弁開度をフィードバック制御するようにした制御部を備えたものにおいて、前記制御部は、前記中間混合弁のフィードバック制御の制御応答速度を前記給湯混合弁のフィードバック制御の制御応答速度よりも遅くしたことを特徴とする貯湯式給湯装置。
- 前記制御部は、前記中間混合弁の混合目標温度を所定の温度に変更する時には、前記中間混合弁のフィードバック制御の制御応答速度を一時的にさらに遅くするようにしたことを特徴とする請求項３または４の何れかに記載の貯湯式給湯装置。
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