JP2009287875A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ふろ戻り配管中に残水が有り浴槽に水が無いときに循環ポンプを運転させると、運転中に残水が無くなり回転負荷が急激に減少すると、フィードバック制御では対応出来ずに一時的に回転数が急上昇してしまい、大きな騒音がでる。
【解決手段】ふろ循環回路内の残水状態の変化を検知する残水状態検知手段と、残水状態検知手段が残水有状態から無状態への変化を検知した時はフィードバック制御手段によらず、風呂ポンプへの速度指令信号を変化させて風呂ポンプの回転数を下げる制御を行う制御部とを備える。
【選択図】 図２

Description

本発明は、風呂循環機能を備えた給湯装置に関するものである。

従来の給湯装置は、ふろ循環回路中に設けられたふろ循環ポンプの回転数にフィードバック制御をかけて回転数を一定にするものである。（例えば、特許文献１参照）

特開２００６−３００３５８号公報

ところが従来の給湯装置は、ふろ戻り配管中に残水が有り浴槽に水が無いときに循環ポンプを運転させると、運転中に残水が無くなり、回転負荷が急激に減少する。すると、フィードバック制御では対応出来ずに一時的に回転数が急上昇してピークが発生してしまい、大きな騒音がでるという問題点があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、循環ポンプの騒音を低減した使い勝手のよい給湯装置を得ることを目的とする。

本発明の給湯装置は、浴槽の湯水を取り出して浴槽に戻すふろ循環回路と、ふろ循環回路に設けられ浴槽の湯水を循環させる直流電力で駆動する風呂ポンプと、風呂ポンプの回転数を検知する回転数検知手段と、風呂ポンプの回転数と所定の目標回転数に基づいて風呂ポンプに速度指令信号を与えるフィードバック制御手段と、ふろ循環回路内の残水状態の変化を検知する残水状態検知手段と、残水状態検知手段が残水有状態から無状態への変化を検知した時はフィードバック制御手段によらず、風呂ポンプへの速度指令信号を変化させて風呂ポンプの回転数を下げる制御を行う制御部とを備えるものである。

本発明の給湯装置によれば、ふろ循環回路内の配管が残水有状態から残水無状態への変化を検知したときは、フィードバック制御によらず速度指令信号を変化させて回転数を下げる。水無状態への移行を検知したら強制的に速度指令信号が低回転数を指示するため、素早く効果的に回転数ピーク値の抑制と回転数ピーク時間の短縮ができる。よって、騒音レベル、騒音時間とも格段に落とすことが出来る。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１における給湯装置である貯湯式給湯機の構成図、図２は本発明の実施の形態１におけるふろ循環ポンプの制御フローチャートである。以下、図面に基づき本構成についての詳細を説明する。

図１の貯湯式給湯機１において、貯湯タンク７は水や湯を貯湯し、加熱手段であるヒートポンプユニット２１には加熱循環回路２２が接続され、この加熱循環回路２２は貯湯タンク７の上下部と接続されており、加熱循環回路２２には前記ヒートポンプユニット２１内に循環ポンプ（図示せず）が設けられ、貯湯タンク７の下部から水を導き、ヒートポンプにより外気との熱交換を行い、水を高温の湯に沸き上げ、貯湯タンク７の上部に戻している。

一方、給湯配管２３は、一端を貯湯タンク７の上部に接続し他端をふろ給湯用混合弁１７と一般給湯用混合弁１８の給湯口に接続し貯湯タンク７内に貯湯された湯をふろ給湯用混合弁１７と一般給湯用混合弁１８に供給するための配管である。給水配管１９は、水道管等の水源に接続され、減圧弁１３は給水配管１９に取り付けられ水源水圧を減少させて、一端をふろ給湯用混合弁１７と一般給湯用混合弁１８の給水口に接続して水源の水を供給し、もう一端は貯湯タンク７の下部に接続され、貯湯タンク７内に給水する。ふろ給湯用混合弁１７には、ふろ給湯用混合弁１７からの混合湯をふろ循環回路４に送るふろ給湯配管５が接続されている。ふろ給湯配管５には混合湯の供給と停止を行うふろ給湯用電磁弁１６と、混合湯の流量を検知するふろ給湯用流量センサ３２とふろ給湯用混合弁１７の温度補正を行うためのふろ往き温度センサ２５が設けられ、前記ふろ循環回路４に接続されている。貯湯タンク７の上部近傍の給湯配管２３には沸き上げ中に体積膨張した貯湯タンク７内の湯を逃がすための逃がし弁３４が設けてある。一般給湯用混合弁１８には、一般給湯用混合弁１８からの混合湯を台所の蛇口などに送る一般給湯配管２０が接続される。

貯湯タンク７の上下部には前記貯湯タンク７に蓄えられた貯湯水を貯湯タンク７に戻すタンク循環回路６が接続されている。このタンク循環回路６は貯湯タンク７内に貯湯されたお湯と浴槽２内の浴槽水を熱交換する熱交換器１４、貯湯タンク７のお湯をタンク循環回路６に循環させるふろ循環熱源ポンプ１５で構成されている。

浴槽２には浴槽アダプタ３が取り付けられており、浴槽アダプタ３を通してふろ循環回路４が接続されている。このふろ循環回路４は前記熱交換器１４と、浴槽２の湯水を循環させるふろ循環ポンプ１２と、浴槽アダプタ３と熱交換器１４に接続され循環時に浴槽２の湯水を貯湯式給湯機１に引き込むにふろ戻り配管８と、熱交換器１４と浴槽アダプタ３に接続され循環時にふろ戻り配管の湯水を浴槽２へ送水するふろ往き配管９とで構成される。さらに、ふろ循環回路４には水流検知手段としてフロースイッチ１１が介設され浴槽水の水流有無の検出を行い、また、水位センサ１０が介設され浴槽２の水位の検出を行う。

ふろ循環ポンプ１２はＤＣポンプであり、ふろ循環ポンプ１２の回転数を、回転数信号として出力する機能と印加された速度指令信号に応じて回転数を変化させる機能が備わっている。

貯湯式給湯機１の制御部３５は、ふろ循環ポンプ１２の回転数信号から回転数を読み取る回転数検知手段３５４と、所定の目標回転数と前記回転数検知手段３５４より検知した回転数からポンプ速度指令信号を演算するフィードバック制御手段３５１と、ふろ循環回路４内の残水有無状態の変化を検知する配管残水状態検知手段３５３と、ふろ循環回路４内の残水が有りから無しに変化したときふろ循環ポンプ１２の回転数が大きくならないように速度指令信号を調整する低回転数指示手段３５２を備えている。制御部３５では前記配管残水状態検知手段３５３よりふろ循環回路４が配管水無状態に移行したことを検知した際に、前記フィードバック制御手段３５１から前記低回転数指示手段３５２へ切り替える。

次に、上記構成よりなる貯湯式給湯機１の湯張り時の騒音を低減する動作について説明する。貯湯式給湯機１と接続されたリモコン(図示せず)により湯張りが設定されると、呼び水として浴槽２へ所定の量の湯水が給湯され、ふろ循環回路４が湯水で充填される。次に、浴槽水引き込み動作として、ふろ循環ポンプ１２を運転して、ふろ循環回路４内の湯水を循環させ、浴槽２の湯水をふろ循環回路４まで引き込む動作を行う。浴槽２の湯水を引き込めるだけの十分な時間、ふろ循環ポンプ１２を動作させた後、フロースイッチ１１による水流の有無を配管残水状態検知手段３５３により検知し、浴槽水の有無を判定する。浴槽２に湯水が無いと判定したときは、リモコンにより設定された湯張り設定温度と湯張り設定量を浴槽２へ給湯し、設定湯量に達したら水位センサ１０により水位を検出し、制御部３５に記憶して湯張り動作を終了する。浴槽２に湯水があれば、浴槽２の湯温と水位を見て、リモコンの湯張り設定温度まで追焚きした後、湯張り設定湯量の水位まで浴槽２へ湯水を給湯する。

以下、説明のために、ふろ循環回路４のふろ戻り配管８内に残水が無い状態と判定するふろ循環ポンプ１２の閾値回転数をＰと定義する。なお、閾値回転数Ｐはふろ循環ポンプ１２の通常運転状態における目標回転数より高回転に設定する所定回転数である。

次に、本発明に関わるふろ循環ポンプ１２の制御動作について、図２に示すフローチャートを参照して説明する。湯張り中、浴槽水引き込み動作になると制御部３５により、ふろ循環ポンプ１２の運転が開始され(ステップＳ１)、浴槽水引き込み動作のふろ循環ポンプ１２の目標回転数が設定される(ステップＳ２)。

次にふろ循環ポンプ１２の現在の回転数を回転数検知手段３５４により検出し（ステップＳ３）、回転数があらかじめ設定された閾値回転数Ｐ以上であるかを判断する（ステップＳ４）。ふろ循環ポンプ１２の回転数が閾値回転数Ｐ以上であれば、ステップＳ５に進み、ふろ循環回路４内が配管残水有状態から配管残水無状態に変化したと判定し、ステップＳ６に進む。

ステップＳ６では、フィードバック制御手段３５１によらず、低回転数指示手段３５２により、ふろ循環ポンプ１２への速度指令信号を低回転数となるよう変化させる。フィードバック制御手段３５１は、急激な回転数の変化を行うようには制御パラメータが設定されていないため、フィードバック制御手段３５１でふろ循環ポンプ１２を制御すると回転数の大きなピークが出てしまい騒音が発生するが、フィードバック制御手段３５１によらず低回転数指示手段３５２により速度指令信号に強制的に低回転数を指示させることで、回転数ピークを押さえられ、騒音レベルの低減と騒音時間の短縮が出来る。

ステップＳ４で、ふろ循環ポンプ１２の回転数が閾値回転数Ｐを超えない場合、ステップＳ７に進み、ふろ循環回路４の配管残水状態には変化なしと判定し、ステップＳ８に進む。ステップＳ８では、ふろ循環配管４内の残水状態に変化はないので、ステップＳ４で検出したふろ循環ポンプの回転数を目標回転数に合わせこむように速度指令信号を変化させるフィードバック制御をフィードバック制御手段３５１により行う。

ここで、ふろ循環回路４内の残水の有無の変化と、ふろ循環ポンプ１２の回転数の変化との関係について簡単に説明する。ふろ循環回路４内の残水状態が変化しなければ、ふろ循環ポンプ１２にかかる負荷に変化がないので、応答の比較的遅い制御パラメータにより動作するフィードバック制御手段３５１により、ふろ循環ポンプ１２の回転数は目標回転数付近またはそれ以下で制御することが可能であるが、残水有りから無状態に移行したときには、残水によるふろ循環ポンプ１２への負荷が急激に消失するため、ふろ循環ポンプ１２の回転負荷の急激な減少から回転数が急上昇する。従って、ふろ循環ポンプ１２の回転数が目標回転数より上に設定した閾値回転数Pを越えたら、残水無状態に移行したと判断することが出来るのである。

ステップＳ９ではふろ循環ポンプ１２の停止命令の有無を判断し、所定の浴槽水引き込み時間を経過して浴槽水の有無検出が終了すれば、停止命令（Ｓ１０）が出されるためステップＳ１０に進み、ふろ循環ポンプ１２を停止する。停止命令がなければ、ステップＳ３に戻り、再度回転数検出を行う。ふろ循環回路４の配管残水状態が変化しなければ、ふろ循環ポンプ１２の停止命令が出るまで上記のステップＳ７、Ｓ８、Ｓ９の流れを繰り返し、フィードバック制御によりふろ循環ポンプ１２の回転数を目標回転数に合わせこむ。

一方、浴槽２に水が無い時の浴槽水引き込み動作では、ふろ戻り配管８の水をふろ循環ポンプ１２が全て引き込んだ後、ふろ戻り配管８は残水あり状態から残水無状態に移行する。するとふろ循環ポンプ１２の回転数が急上昇し、ステップＳ４においてふろ循環ポンプ１２の回転数が閾値回転数Ｐを超えるため、ステップＳ５、Ｓ６と進み残水無状態に移行したと判定され、ステップ９に進むフローとなる。

以上説明した実施の形態１では、ふろ循環回路４の配管残水状態の変化をふろ循環ポンプ１２の回転数と閾値回転数Ｐによって検知したが、水流検知手段により水流の有無を見ることでも検知出来る。例えば水流検知手段してフロースイッチ１１を用い、制御部３５でフロースイッチ１１からの出力信号を監視し、ＯＮ（湯水の流れ有り）からＯＦＦ（湯水の流れ無し）への変化を検知した時にふろ循環回路４は配管水無状態になったと判断する。さらに、ふろ循環ポンプ１２の回転数と速度指令信号の組み合わせからでも配管残水状態の変化を検知することが出来る。ふろ循環ポンプ１２は同じ速度指令信号でも回転負荷の小さい配管水無状態の方が回転負荷の大きい配管水有状態より回転数が大きくなる。そこで、ふろ循環ポンプ１２に速度指令信号として制御電圧に回転数が比例するものを用いて、予め電圧−回転数回転数の特性を調べておく。例えば、制御電圧が４Ｖの時のふろ循環ポンプ１２の回転数が配管水有状態で２０００ｒｐｍ、配管水無状態で６０００ｒｐｍであれば、制御電圧４Ｖの時に回転数が４０００ｒｐｍ以下なら配管水有状態、そうでなければ配管水無状態といった判断基準を設定し、配管水有状態から配管水無状態への変化を検知するのである。

実施の形態２
実施の形態１では、ふろ循環回路４内の残水が有りから無しの変化したとき、フィードバック制御手段３５１によらず、低回転数指示手段３５２により、ふろ循環ポンプ１２の回転数を強制的に低い回転数となるように制御するのみであったが、例えばふろ循環ポンプ１２の回転数を上述のように低い回転数に制御したあと、フィードバック制御手段３５１による制御を行いながら、さらにふろ循環回路４内の配管残水有無の変化に応じて、フィードバック制御手段で用いる制御パラメータを、配管残水有無の状態に対応した制御パラメータに変更してもよい。

図３は、本実施の形態２の、ふろ循環ポンプ１２の制御動作を示すフローチャートである。図３において図２と同一部分または相当部分は同一符号を付し説明を省略する。なお、本実施の形態２の構成は図１とまったく同一であるので、必要に応じ図１を参照する。

図３のステップＳ６において、ふろ循環回路４内の残水が有りから無しに変化し、低回転数指示手段３５２により、ふろ循環ポンプ１２の回転数を低回転に変更したあと、ステップＳ１１に至る。

ステップＳ１１では、ふろ循環ポンプ１２の回転数制御をフィードバック制御手段３５１による制御に切り替えるとともに、フィードバック制御手段３５１で用いる制御パラメータを、回路４内に残水がない場合に用いる第一の制御パラメータに変更する。この第一の制御パラメータとは、配管内に残水がなく回転の負荷が小さいため、ふろ循環ポンプ１２の指示回転数に対する反応が鋭いので、それに対応したパラメータ設定がなされたものである。

ステップＳ１２では、ふろ循環回路４内の残水状態の変化を配管残水状態検知手段３５３により検知し、残水が無しから有りに変化したら、ステップＳ１３に進み、変化しない場合はステップＳ９に進む。

ステップＳ１３では、ふろ循環回路４内の残水状態が無しから有りに変化したので、それまでのフィードバック制御手段３５１で用いていた第一の制御パラメータに換えて、配管内に残水がある場合の第二の制御パラメータに変更して制御する。すなわち、ふろ循環ポンプ１２の回転の負荷が大きいため、ふろ循環ポンプ１２の指示回転数に対する反応が鈍いので、それに対応したパラメータ設定がなされたものが第二の制御パラメータである。このあと、ステップＳ９に進む。

このように、ふろ循環回路４内の残水有無の変化に応じてフィードバック制御手段３５１の制御パラメータを変更するので、ふろ循環ポンプ１２の回転負荷に応じた制御を行うことができ、目標の回転数にいち早く到達させることが可能となる。

以上のように、ふろ循環ポンプ１２において、フィードバック制御とふろ戻り配管８が水無状態に移行したときはフィードバック制御によらず回転数を下げることで、ふろ循環ポンプの騒音レベルを抑え、騒音時間を短くすることが出来る。このように、実施の形態１によれば、低騒音の使い勝手の良い給湯装置を提供することが出来る。

また、実施の形態２によれば、上述の効果に加えて、ふろ循環回路４内の残水有無の変化に応じてフィードバック制御手段３５１の制御パラメータを変更するので、ふろ循環ポンプ１２の回転負荷に応じた制御を行うことができ、目標の回転数にいち早く到達させることが可能となり、過渡状態などの運転音の低減が可能となる。

本発明の実施の形態１を示す給湯装置の構成図である。 本発明の実施の形態１におけるふろ循環ポンプの制御フローチャートである。 本発明の実施の形態２におけるふろ循環ポンプの制御フローチャートである。

符号の説明

１ 貯湯式給湯機
２ 浴槽
３ 浴槽アダプタ
４ ふろ循環回路
５ ふろ給湯配管
６ タンク循環回路
７ 貯湯タンク
８ ふろ戻り配管
９ ふろ往き配管
１０ 水位センサ
１１ フロースイッチ
１２ ふろ循環ポンプ
１３ 減圧弁
１４ 熱交換器
１５ ふろ循環熱源ポンプ
１６ ふろ給湯用電磁弁
１７ ふろ給湯用混合弁
１８ 一般給湯用混合弁
１９ 給水配管
２０ 一般給湯経路
２１ ヒートポンプユニット
２２ 加熱循環回路
２３ 給湯配管
２５ ふろ往き温度センサ
３２ ふろ給湯用流量センサ
３４ 逃し弁
３５ 制御部
３５１ フィードバック制御手段
３５２ 低回転数指示手段
３５３ 配管残水状態検知手段
３５４ 回転数検知手段

Claims (5)

1. 浴槽の湯水を取り出して前記浴槽に戻すふろ循環回路と、
   前記ふろ循環回路に設けられ前記浴槽の湯水を循環させる直流電力で駆動する風呂ポンプと、
   前記風呂ポンプの回転数を検知する回転数検知手段と、
   前記風呂ポンプの回転数と所定の目標回転数に基づいて前記風呂ポンプに速度指令信号を与えるフィードバック制御手段と、
   前記ふろ循環回路内の残水状態の変化を検知する残水状態検知手段と、
   前記残水状態検知手段が残水有状態から無状態への変化を検知した時は前記フィードバック制御手段によらず、前記風呂ポンプへの前記速度指令信号を変化させて前記風呂ポンプの回転数を下げる制御を行う制御部と、を備えたことを特徴とする給湯装置。
2. 浴槽の湯水を取り出して前記浴槽に戻すふろ循環回路と、
   前記ふろ循環回路に設けられ前記浴槽の湯水を循環させる直流電力で駆動する風呂ポンプと、
   前記風呂ポンプの回転数を検知する回転数検知手段と、
   前記風呂ポンプの回転数と所定の目標回転数に基づいて前記風呂ポンプに速度指令信号を与えるフィードバック制御手段と、
   前記ふろ循環回路内の残水状態の変化を検知する残水状態検知手段と、
   前記残水状態検知手段が残水有状態から無状態への変化を検知した時は前記フィードバック制御手段によらず、前記風呂ポンプへの前記速度指令信号を変化させて前記風呂ポンプの回転数を所定回転数まで下げる制御を行った後、前記フィードバック制御手段の制御パラメータを第一の制御パラメータに変更し、前記残水状態検知手段が残水無状態から残水有状態へ移行したことを検知したときは、前記フィードバック制御手段の制御パラメータを第二の制御パラメータに切り替える制御部と、を備えたことを特徴とする給湯装置。
3. 前記残水状態検知手段は、前記風呂ポンプの前記速度指令信号に対する前記回転数検知手段で検知した回転数により前記ふろ循環回路内の残水状態を検知することを特徴とする請求項１または２に記載の給湯装置。
4. 前記残水状態検知手段とは、前記回転数検出手段により検出した回転数が目標回転数より上の所定の回転数を超えた場合、残水有状態から残水無状態に変化したと検知する手段であることを特徴とする請求項１または２に記載の給湯装置。
5. 前記ふろ循環回路に水流の有無を判定する水流検知手段を設け、前記ふろ循環回路内の残水有無の変化を前記水流検知手段により検知することを特徴とする請求項１または２に記載の給湯装置。

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