JP2009030861A - Hot water supply system - Google Patents
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Abstract
Description
本願発明は、電動混合弁を用いて湯水混合制御を行うことができる給湯システムに関するものである。 The present invention relates to a hot water supply system capable of performing hot and cold water mixing control using an electric mixing valve.
従来から、ヒートポンプにより水を沸かし、貯湯タンクに溜めた湯をカランや食洗機等の湯使用端末に供給する給湯システムが知られている。この給湯システムは、ヒートポンプ回路で加熱された湯水を貯湯タンクに貯湯し、その貯湯された湯水を出湯管より取り出し給水管から供給される水と混合して所定の湯温に調節して給湯端末等の負荷側に供給するものであり、複数の混合弁を制御することによって実現している。 Conventionally, a hot water supply system is known in which water is boiled by a heat pump and hot water stored in a hot water storage tank is supplied to a hot water use terminal such as a currant or a dishwasher. In this hot water supply system, hot water heated by a heat pump circuit is stored in a hot water storage tank, the hot water stored in the hot water is taken out from a hot water discharge pipe, mixed with water supplied from the hot water supply pipe, adjusted to a predetermined hot water temperature, and a hot water supply terminal. Etc., and is realized by controlling a plurality of mixing valves.
具体的に混合弁を制御する場合、その制御方法によって種々の課題を有している。例えば、手洗いなどの給湯中(混合出湯)に別系統(高温出湯)からの給湯が行われると、給湯圧力の低下により、手洗いの給湯温度が低下する。逆に別系統からの給湯が止められると、給湯圧力の上昇により、手洗いの給湯温度は上昇する。急激な給湯温度の上昇が発生すると手洗いなどを行っている使用者に火傷の恐れがあり危険である。 When the mixing valve is specifically controlled, there are various problems depending on the control method. For example, when hot water is supplied from another system (high temperature hot water) during hot water supply such as hand washing (mixed hot water), the hot water temperature of hand washing is lowered due to a decrease in hot water supply pressure. Conversely, when the hot water supply from another system is stopped, the hot water supply temperature for hand washing rises due to an increase in the hot water supply pressure. If the hot water temperature rises suddenly, there is a danger of burns to users who are washing their hands.
そこで、従来から、特開2006−343032号公報(特許文献1)に示されるように、例えば、風呂の湯張り機能のようなボタン入力などにより、複数の利用側混合弁の単独使用から複数の同時使用になったときの過渡的な湯温変動を予め予測して所定量だけ補正する、いわゆるフィードフォワード制御を行うことで、使用形態が変化する場合の過渡的な変動を抑え、安定した負荷側への湯温供給を行うことができることが知られている。
しかし、上記従来例では、予め設定された動作が行われた場合に、外乱の発生を予測して温度変動を抑えるためのフィードフォワード制御を行うものであって、予測できない外乱が発生した場合には、フィードフォワード制御を行うことができず、温度変動を適切に抑制できないという問題があった。 However, in the above conventional example, when a preset operation is performed, feedforward control for predicting the occurrence of disturbance and suppressing temperature fluctuation is performed, and when an unpredictable disturbance occurs. However, there is a problem that the feedforward control cannot be performed and the temperature fluctuation cannot be suppressed appropriately.
本願発明は、上記背景技術に鑑みて発明されたものであり、その目的は、予測不可能な外乱要因に対応して、給湯温度の上昇を最小限に抑えることができる給湯システムを提供することを課題とするものである。 The present invention has been invented in view of the above-described background art, and an object thereof is to provide a hot water supply system capable of minimizing an increase in hot water supply temperature in response to an unpredictable disturbance factor. Is an issue.
上記課題を解決するために、本願請求項1記載の発明では、給水管が底部に連結され、給水と加熱された湯水とを貯留する貯湯タンクと、貯湯タンクの底部から送出された水を加熱する加熱源と、加熱源と貯湯タンクを接続し加熱された湯を貯湯タンクに送湯する送湯配管と、貯湯タンクに貯留された高温湯又は中温湯を出湯する出湯配管とを備えた給湯システムにおいて、出湯配管からの湯水と給水管からの水を混合する混合弁と、混合弁に接続されて混合湯を送湯する混合送湯配管と、混合送湯配管に配設されて混合湯の湯温を測定する温度センサーと、温度センサーからの情報を取得して混合弁の制御を行う制御部とを備え、制御部は、混合湯の湯温が所定の値上昇した際に、湯温の低下速度が所定の値になるまで混合弁を水の混合比率を上げる方向へ駆動する制御を行うことを特徴としている。
In order to solve the above-mentioned problems, in the invention according to
本願請求項1記載の発明の給湯システムにおいては、混合送湯配管に配設されて混合湯の湯温を測定する温度センサーと、温度センサーからの情報を取得して混合弁の制御を行う制御部とを備え、制御部は、混合湯の湯温が所定の値上昇した際に、湯温の低下速度が所定の値になるまで混合弁を水の混合比率を上げる方向へ駆動する制御を行うので、上昇した湯温をもとの湯温に戻す制御を実行する場合において、湯温がアンダーシュートすることのない混合弁の駆動時間を予め設定しておくことができる。このことによって、予測できない外乱によって湯温が上昇した場合においても、すぐにもとの湯温に戻すことができるので、予測不可能な外乱要因に対応して、給湯温度の上昇を最小限に抑えることができ、安定した湯温を提供することが可能となる。また、複雑なフィードバック制御やフィードフォワード制御が不要であり、制御部を簡易なものとすることができ、コスト削減が可能である。 In the hot water supply system according to the first aspect of the present invention, a temperature sensor that is disposed in the mixed hot water supply pipe and measures the hot water temperature of the mixed hot water, and a control that controls the mixing valve by acquiring information from the temperature sensor. The controller controls the driving of the mixing valve in the direction of increasing the water mixing ratio until the hot water temperature decreases to a predetermined value when the hot water temperature of the mixed hot water increases by a predetermined value. Therefore, when the control for returning the raised hot water temperature to the original hot water temperature is executed, the driving time of the mixing valve in which the hot water temperature does not undershoot can be set in advance. As a result, even if the hot water temperature rises due to an unforeseen disturbance, it can be immediately restored to the original hot water temperature, so that the rise in hot water temperature can be minimized in response to unpredictable disturbance factors. It can be suppressed and a stable hot water temperature can be provided. Further, complicated feedback control and feedforward control are unnecessary, the control unit can be simplified, and cost can be reduced.
図1〜図3は、本願発明の第1の実施形態である給湯システムを示している。図1に示すように、給湯システム1は、給水管5が底部に連結され、給水と加熱された湯水とを貯留する貯湯タンク2と、貯湯タンク2の底部から送出された水を加熱する加熱源3と、加熱源3と貯湯タンク2を接続し加熱された湯を貯湯タンク2に送湯する送湯配管51bと、貯湯タンク2に貯留された高温湯を出湯する出湯配管である高温湯出湯配管52aと、中温湯を出湯する出湯配管である中温湯出湯配管52bとを備え、出湯配管である高温湯出湯配管52a又は中温湯出湯配管52bからの湯水と給水管5からの水を混合する混合弁6eと、混合弁6eに接続されて混合湯を送湯する混合送湯配管54と、混合送湯配管54に配設されて混合湯の湯温を測定する温度センサー8と、温度センサー8からの情報を取得して混合弁6eの制御を行う制御部4とを備え、制御部4は、混合湯の湯温が所定の値上昇した際に、湯温の低下速度が所定の値になるまで混合弁6eを水の混合比率を上げる方向へ駆動する制御を行うものである。
1 to 3 show a hot water supply system according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1, a hot
以下、この実施形態の給湯システムをより具体的詳細に説明する。図1に示すように、給湯システム1は、給水と加熱された湯を貯湯する貯湯タンク2及び増設タンク21a、21bと、給水を加熱するヒートポンプである加熱源3と給湯システム1全体を制御する制御部4とを備えている。貯湯タンク2は、底部において給水管5と繋がり、給水を受けて水を貯留する。加熱源3は貯湯タンク2の底部と配管51aによって繋がっており、内蔵する送湯ポンプによって、貯湯タンク2の底部の水を吸引して加熱する。加熱源3の湯取り出し口は配管51bにより、切り替え弁6aに繋がっている。切り替え弁6aは、加熱源3からの湯の送湯先を貯湯タンク2の中層部に繋がる配管51cと、高温湯出湯配管52aに繋がる配管51dに切り替える。高温湯出湯配管52aの一端は切り替え弁6bに繋がり、切り替え弁6bは高温湯出湯配管52aからの湯の送湯先を貯湯タンク2の頂部と、増設タンク21aの頂部とに切り替える。そして、増設タンク21aの底部と増設タンク21bの頂部とは、配管51fによって繋がっており、増設タンク21bの底部は、配管51g、51aを介して、加熱源3と繋がっている。
Hereinafter, the hot water supply system of this embodiment will be described in more detail. As shown in FIG. 1, a hot
高温湯出湯配管52aの他端は、高温出湯口に繋がると共に、途中において戻し配管53と繋がっている。戻し配管53は、配管中に送湯ポンプ7と止水弁6cとを有しており、配管51cを介して貯湯タンク2の中層部に繋がっている。貯湯タンク2の中層部には中温湯出湯配管52bが接続されており、中温湯出湯配管52bは切り替え弁6dに繋がっている。切り替え弁6dは、高温湯出湯配管52aから分岐した配管51hとも繋がっており、貯湯タンク2の頂部からの高温湯と、中層部からの中温湯とを切り替えて混合弁6eに送湯する。混合弁6eは、切り替え弁6dからの配管と、給水管5から分岐した配管51とに繋がっており、切り替え弁6dからの湯と配管51からの給水とを混合して中温出湯口へ送湯する。
The other end of the high temperature hot
次に、上記のように構成された本実施形態に係る給湯システム1の動作ついて図面を参照して説明する。図2は、湯の沸上げ時の動作を示す。制御部4は、貯湯タンク2の水を高温に沸上げるときは、切り替え弁6aを貯湯タンク2の頂部側(配管51d)に切り替え、切り替え弁6bを貯湯タンク2側に切り替える。制御部4は、加熱源3の送湯ポンプを駆動させ、貯湯タンク2の底部の水を加熱源3に吸引し、加熱した湯を配管51bにより切り替え弁6aへ送る。送られた湯は、切り替え弁6aを介して配管51dに流れ、高温湯出湯配管52aを通り、切り替え弁6bを介して貯湯タンク2の頂部へ送られる(矢印A、B、C)。
Next, the operation of the hot
増設タンク21a、21bの水を高温に沸上げるときは、制御部4は、切り替え弁6aを貯湯タンク2の頂部側(配管51d側)に切り替え、切り替え弁6bを増設タンク21a側(配管51e)に切り替える。制御部4は、加熱源3の送湯ポンプを駆動させ、増設タンク21bの底部の水を加熱源3に吸引し、加熱した湯を配管51bにより切り替え弁6aへ送る。送られた湯は、切り替え弁6aを介して配管51dに流れ、高温湯出湯配管52aを通り、切り替え弁6bを介して配管51eを通り、増設タンク21aの頂部へ送られ、増設タンク21a、21bに送湯される(矢印G、B、E、F)。
When boiling the water in the
高温に沸上げた湯を貯湯タンク2と増設タンク21a、21bのいずれかに適宜切り替えて送湯することにより、常に、中温湯の領域を中温湯出湯配管52bを中層部に有する貯湯タンク2の中層部に確保することができるので、中温湯の出湯配管を増設タンク21a、21bに設ける必要がなくなる。
The hot water heated to a high temperature is appropriately switched to one of the hot
貯湯タンク2の水を中温に沸上げるときは、制御部4は、切り替え弁6aを貯湯タンク
2の中層部側(配管51c側)に切り替える。制御部4は、加熱した湯を切り替え弁6a
を介して、配管51cへ流し、貯湯タンク2の中層部に送湯する(矢印A、D)。中温湯
を高温水と給水とを混合して作るのでなく、中温に沸上げるので、エネルギー効率を高め
ることができる。
When boiling the water in the hot
Through the
図3は、出湯時の動作を示す。貯湯タンク2の高温湯を出湯するときは、制御部4は、切り替え弁6bを貯湯タンク2側に切り替える。高温出湯口が開かれると、給水圧により、給水が給水管5から貯湯タンク2の底部に入り、貯湯タンク2の頂部の高温湯が、切り替え弁6bを介して高温湯出湯配管52aを通り、高温出湯口へ送湯される(矢印H、I、J)。増設タンク21a、21bの高温湯を出湯するときは、制御部4は、切り替え弁6bを増設タンク21a側に切り替える。高温出湯口が開栓されると、給水圧により、給水が給水管5から貯湯タンク2の底部に入り、配管51a、51gを通って増設タンク21bの底部に入る。増設タンク21bの頂部と増設タンク21aの底部が配管51fによって連結されているので、給水圧によって増設タンク21aの頂部の高温湯が配管51eを通り、切り替え弁6bを介して高温湯出湯配管52aを通って高温出湯口へ送られる(矢印H、K、L、M、J)。
FIG. 3 shows the operation at the time of hot water. When discharging hot water from the hot
中温湯を出湯するときは、制御部4は、貯湯タンク2に中温湯がある場合には、切り替え弁6dを中温湯出湯配管52b側に切り替える。また、制御部4は、切り替え弁6bを増設タンク21a側に切り替えて、貯湯タンク2の頂部からの出湯を止める。中温出湯口が開栓されると、給水圧により、給水が給水管5から貯湯タンク2の底部に入り、貯湯タンク2の中層部の中温湯が中温湯出湯配管52bへ送られ、切り替え弁6dを介して混合弁6eへ送られる。制御部4は、中温湯出湯配管52bからの中温湯と、給水管5から分岐した配管51からの給水とを混合弁6eによって混合し、中温出湯口へ送湯する(矢印H、N、O。P、O)。
When discharging the medium temperature hot water, the control unit 4 switches the switching
制御部4は、貯湯タンク2に中温湯がない場合には、貯湯タンク2又は増設タンク21aの高温湯と給水とを混合弁6eにおいて混合して出湯する。貯湯タンク2の高温湯と給水とを混合する場合は、制御部4は、切り替え弁6dを配管51h側に切り替え、切り替え弁6bを貯湯タンク2に切り替える。中温出湯口が開栓されると、給水圧により、貯湯タンク2の頂部の高温湯が、切り替え弁6bを介して高温湯出湯配管52a、配管51hへ送られ、切り替え弁6dを介して混合弁6eへ送られ、混合弁6eによって給水と混合されて中温出湯口へ送湯される(矢印H、I、J、Q、O。P、O)。増設タンク21aの高温湯と給水とを混合する場合は、制御部4は、切り替え弁6dを配管51h側に切り替え、切り替え弁6bを増設タンク21a側に切り替えて、出湯する(矢印H、K、L、M、J、Q、O。P、O)。
When there is no medium hot water in the hot
さらに、制御部4は、混合弁6eに接続され中温出湯口へ混合湯を送湯する混合送湯配管54に配設されて混合送湯配管54の送湯温度を測定する温度センサー8と電気的に接続されており、混合送湯配管54の送湯温度の情報を常時又は定期的に取得することができる。また、制御部4は、メモリ部9と接続されており、メモリ部9には、予め送湯温度の所定の変化値と、この変化値に対応した所定の湯温低下速度の値とが保存されている。制御部4は、メモリ部9よりこの変化値及び低下速度の値を取得して混合弁6eの制御に用いることができる。
Further, the control unit 4 is connected to the mixing
制御部4は、温度センサー8より取得した混合送湯配管54の送湯温度が、メモリ部9に保存されている所定の変化値だけ上昇した場合に、混合弁6eを水の混合比率を上げる方向へ駆動する制御を行う。その後も、制御部4は、湯温を検出し続けて湯温の低下速度を算出することができる。
When the hot water supply temperature of the mixed hot
例えば、メモリ部9に、混合送湯配管5rの送湯温度が1℃上昇した場合に対応する湯温低下速度として、30msで0.7℃の低下である値が保存されている場合、温度センサー8によって、混合送湯配管5rの送湯温度の1℃上昇が検知されると、制御部4は、混合弁6eを水の混合比率を上げる方向へ駆動していき、その後の温度センサー8によって検出した湯温変化をもとに算出した湯温低下速度が30msで0.7℃の低下となった時点で、混合弁6eの駆動を停止する。このように、送湯温度をもとの湯温(1℃上昇する前の湯温)に戻すために、水の混合比率を上げるために混合弁6eを駆動させるが、湯温がアンダーシュートすることのない湯温の低下速度の値を予めメモリ部9に設定しておくことによって、予測できない外乱によって湯温が上昇した場合においても、すぐにもとの湯温に戻すことができるので、安定した湯温を提供することが可能となる。
For example, when the
したがって、混合送湯配管5rに配設されて混合湯の湯温を測定する温度センサー8と、温度センサー8からの情報を取得して混合弁6eの制御を行う制御部4とを備え、制御部4は、混合湯の湯温が所定の値上昇した際に、湯温の低下速度が所定の値になるまで混合弁6eを水の混合比率を上げる方向へ駆動する制御を行うので、上昇した湯温をもとの湯温に戻す制御を実行する場合において、湯温がアンダーシュートすることのない混合弁6eの駆動時間を予め設定しておくことができる。このことによって、予測できない外乱によって湯温が上昇した場合においても、すぐにもとの湯温に戻すことができるので、予測不可能な外乱要因に対応して、給湯温度の上昇を最小限に抑えることができ、安定した湯温を提供することが可能となる。また、複雑なフィードバック制御やフィードフォワード制御が不要であり、制御部4を簡易なものとすることができ、コスト削減が可能である。
Therefore, it is provided with a
なお、本発明は、上記実施形態の構成に限らず、発明の趣旨を変更しない範囲で種々の変形が可能である。上記実施形態では、貯湯タンク2より、適宜、高温湯又は中温湯を送湯して、給水管5からの水と混合弁6eにより混合して混合出湯口へ混合湯を供給する例を示したが、特にこの構成に限定されるものではなく、例えば、貯湯タンク2より高温湯のみを送湯して給水管5からの水と混合弁6eにより混合して混合湯を供給する構成であってもよい。
The present invention is not limited to the configuration of the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the spirit of the invention. In the above-described embodiment, an example in which hot water or medium hot water is appropriately fed from the hot
1 給湯システム
2 貯湯タンク
3 加熱源
4 制御部
5 給水管
51b 送湯配管
52a 高温湯出湯配管
52b 中温湯出湯配管
54 混合送湯配管
6e 混合弁
8 温度センサー
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