JP2009287876A - 給湯装置 - Google Patents

Abstract

【課題】従来の給湯装置のふろ循環ポンプはＤＣポンプであり、回転数にフィードバック制御をかけているがＤＣポンプは回転負荷で回転数が大きく異なる。ふろ配管が水なしの場合は回転負荷が小さくなり制御感度が大きくフィードバック制御が不安定になる。これに合うよう制御パラメータを設定すると、ふろ配管に水がある場合の回転負荷が大きく制御感度の小さい場合は回転数の立上り時間が長くなり浴槽の湯水を引き込むまでに時間がかかる。
【解決手段】配管の残水状態を検知し、配管残水状態に合わせてフィードバック制御のパラメータを切り替える。
【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、ふろ循環回路中の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

従来の給湯装置のふろ循環ポンプはＤＣポンプを用い、回転数にフィードバック制御をかけているが、このＤＣポンプは回転負荷で回転数が大きく異なる。ふろ戻り配管が水無状態の場合は回転負荷が小さくなるので制御感度が大きくなりフィードバック制御系として不安定になる。これに合うように制御パラメータをチューニングすると、制御感度の小さい場合すなわち回転負荷の大きい状態のふろ戻り配管が水有状態の運転において、回転数の立上り時間が長くなる。すると、ふろ戻り配管の湯水を循環させて浴槽の湯水を引き込むまでに時間がかかるという問題があった。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ふろ循環ポンプの制御パラメータを、ふろ戻り配管の残水状態に応じて切替え、ふろ循環ポンプの回転数の立上り時間を短縮し、浴槽水を引き込む時間を短くした使い勝手のよい給湯装置を得ることを目的としている。

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、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、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、残水状態検知手段の検知結果により、残水状態に合わせてフィードバック制御手段の制御パラメータを切り替える制御パラメータ切替手段と、を備えるものである。

本発明のふろ循環装置によれば、ふろ循環ポンプの制御パラメータを、ふろ戻り配管の残水状態に応じて切替え、ふろ循環ポンプの回転数の立上り時間を短縮し、浴槽水を引き込む時間を短くした使い勝手のよい給湯装置を得ることが可能となる。

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によるふろ循環ポンプの制御フローチャート、図３は本発明の実施の形態１によるふろ循環ポンプの回転数立ち上がり状態を示す図である。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、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には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より検出した回転数から制御パラメータを用いて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、フィードバック制御手段３５１の制御パラメータを切り替える制御パラメータ切替手段３５２を備えている。制御部３５では配管残水状態検知手段３５３によりふろ循環回路４の配管残水状態を検知して、配管残水状態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制御パラメータ切替手段３５２により切り替える。ふろ循環ポンプ１２は回転負荷で回転数が大きく異なり、ふろ戻り配管８が水無状態で制御感度が大きくなる。そこで配管水無状態の制御パラメータは大きい制御感度に合わせてフィードバックゲイン等を小さく設定し制御系を安定させ、配管水有状態の制御パラメータは小さい制御感度に合わせてフィードバックゲイン等を大きくして回転数立ち上がり時間が早くなるよう設定する。

次に、上記構成よりなる貯湯式給湯機１の湯張り時のふろ循環ポンプ１２の制御パラメータ切り替え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湯量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、設定温度まで追焚きした後、設定湯量の水位まで浴槽２へ湯水を供給する。

以下、説明のために、ふろ循環回路４のふろ戻り配管８が水無状態と判定するふろ循環ポンプの閾値回転数をＰと定義する。なお、閾値回転数Ｐは目標回転数より上の所定の回転数である。

次に、本発明に関わるふろ循環ポンプ１２の動作について、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目標回転数が設定され （ステップＳ２）、ふろ循環ポンプ１２のフィードバック制御手段３５１による制御パラメータは、制御パラメータ切替手段３５２により配管水無状態のものに設定される（ステップＳ３）。

次にふろ循環ポンプ１２の回転数を回転数検知手段３５４により検出し、回転数があらかじめ設定された閾値回転数Ｐ以下であるかを判断する（ステップＳ５）。ふろ循環ポンプ１２の回転数が閾値回転数Ｐ以下であれば、ステップＳ６に進み、ふろ循環ポンプ１２の回転数が閾値回転数Ｐを超える場合は、ふろ循環回路４が配管水無状態に変化または水無し状態であると判定し（ステップＳ８）、制御パラメータ切替手段３５２はフィードバック制御手段３５１で用いる制御パラメータを配管水無状態のものに設定する（ステップＳ９）。ここで、ふろ循環回路４の配管残水の有無の判断理由としては、配管残水状態が変化しなければ、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されているが、ふろ循環回路４の配管の残水状態が有りから無状態に移行したときに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、配管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Ｓ６ではフロースイッチ１１が所定の時間（ここでは３秒間と設定）連続でＯＮ、すなわち水流のありを検知しているかを配管残水状態検知手段３５３により判断し、所定の時間連続でＯＮしていれば、ふろ循環回路４は配管水有状態と判断し（ステップＳ６）、制御パラメータ切替手段３５２はフィードバック制御手段３５１で用いる制御パラメータを配管水有状態のものに設定する（ステップＳ７）。ステップＳ５において、フロースイッチ１１が所定時間連続ＯＮの条件を満たさない場合は、ふろ循環回路４の配管残水状態は水無しのまま変化していないと判断し、制御パラメータ切替手段３５２は制御パラメータを変化させずステップＳ１０に至る。

ステップＳ１０では、設定されたふろ循環ポンプ１２の制御パラメータと回転数検知手段３５４で検出されるふろ循環ポンプ１２の回転数とにより、フィードバック制御手段３５１が、ふろ循環ポンプ１２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）。配管水有状態のふろ循環ポンプ１２の制御感度は低いため、速度指令信号の変化にも回転数は上がりにくいが、フィードバックゲインを大きくした配管水有状態用の制御パラメータに切替えることで、速度指令信号を大きく変化させることが出来る。このように制御パラメータを適正に切り替えることにより、図３に示すように水有りを検知したあとからの時間経過（図３の横軸）に対して、制御パラメータ切替え有の場合のほうが、より短時間で目標回転数に到達させることが可能となり、回転数の立上り時間を早く出来る。ふろ循環ポンプ１２の回転数立上り時間が短くなれば、ふろ循環回路４における循環流量の立上り時間も早くなるため、浴槽水を引き込むための時間を短くすることが出来る。また、浴槽水引き込み動作は、湯張りだけでなく他のふろ機能にも使用され、追焚きや高温さし湯をする時に動作前の浴槽水の有無を確認するため行われる。浴槽水を引き込む時間が短くなれば、これらのさまざまな動作時間を短縮することが可能となり貯湯式給湯機１の使い勝手が向上する。

ステップＳ１１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、停止命令が出されるためステップＳ１２に進み、制御部３５はふろ循環ポンプ１２を停止する。停止命令がなければ、ステップＳ４に戻る。

上述の実施の形態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の変化を検知することでも実現出来る。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配管残水状態を検知することも出来る。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検知する。以上のように、配管残水状況を判断して、配管残水状態に合わせてふろ循環ポンプ１２の制御パラメータを切替えることで、安定した制御系で、回転数の立上り時間を短縮し、浴槽水引き込み時間を短くすることが出来る。

以上のように本発明によれば、ふろ循環回路４内の残水状態に応じて、ふろ循環ポンプ１２を制御するフィードバック制御手段３５１の制御パラメータを切替えることで、より短時間に目標とする回転数に到達させることが可能となる。また、ふろ循環ポンプ１２の回転数立上り時間が短くなれば、ふろ循環回路４における循環流量の立上り時間も早くなるため、浴槽水を引き込むための時間を短くすることが出来る。また、浴槽水引き込み動作は、湯張りだけでなく他のふろ機能にも使用され、追焚きや高温さし湯をする時に動作前の浴槽水の有無を確認するため行われる。浴槽水を引き込む時間が短くなれば、これらのさまざまな動作時間を短縮することが可能となり貯湯式給湯機１の使い勝手が向上する。

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１によるふろ循環ポンプの回転数立上がり状態を示す図である。

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 ふろ給湯経路
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 制御パラメータ切替手段
３５３ 配管残水状態検知手段
３５４ 回転数検知手段

Claims (4)

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、
   前記残水状態検知手段の検知結果により、残水状態に合わせて前記フィードバック制御手段の制御パラメータを切り替える制御パラメータ切替手段と、
   を備えたことを特徴とする給湯装置。
2. 前記残水状態検知手段は、前記ふろ循環回路内の水無状態は前記風呂ポンプの回転数が目標回転数より上の所定回転数を超えることで検知し、水有状態は前記ふろ循環回路に設けた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に記載の給湯装置。
3. 前記残水状態検知手段は、前記ふろ循環回路内の残水状態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２に記載の給湯装置。
4. 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に記載の給湯装置。

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