JP2010266148A - Device and method of controlling temperature of water heater - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、給湯流量の変動があっても一定の給湯温度で連続使用が可能になり、極めて安全に使用することができる給湯器の温度制御装置及び温度制御方法に関する。 The present invention relates to a temperature control device and a temperature control method for a water heater that can be used continuously at a constant hot water temperature even when there is a fluctuation in the flow rate of hot water, and can be used very safely.
従来の給湯器の温度制御装置として、入水温度と入水流量と設定出湯温度とからバーナの必要燃焼熱量を演算するフィードフォワード制御を採用した温度制御装置が各種提案されている(特許文献1、2参照)。
Various temperature control devices that employ feed-forward control that calculates the required amount of combustion heat of a burner from an incoming water temperature, an incoming water flow rate, and a set hot-water temperature have been proposed as temperature control devices for conventional water heaters (
特許文献1に記載された給湯器の運転制御装置は、入水温度センサが故障しても、装置を停止することなく応急運転ができるように工夫されたもので、入水温度センサが故障した場合には故障表示を行うと共に、故障を起こす前の入水温度を用いて必要燃焼熱量を演算してフィードフォワード制御を行うコントローラを設けた制御装置である。
The water heater operation control device described in
一方、特許文献2の温度制御装置では、出湯開始時に所定値に温度制御された出湯を可能にする制御装置で、出湯開始からの積算流量が、所定の積算流量ポイントに達するまでは上記入水温度センサの出力にもとづくフィードフォワード制御を実行する。また、所定の積算流量ポイントを超えた後は出湯温度センサにもとづくフィードバック制御のみ、またはこのフィードバック制御等を実行する給湯温度制御装置が記載されている。
On the other hand, the temperature control device of
また、これら従来の温度制御装置は、いずれもガス燃焼式の熱交換器で用いられるものである。ところが、ガス燃焼式の熱交換器は、通水したパイプ外側からパイプ内部の水を間接的に加熱するため熱伝達効率が悪くなるという課題が残されている。 These conventional temperature control devices are all used in a gas combustion type heat exchanger. However, since the gas combustion type heat exchanger indirectly heats the water inside the pipe from the outside of the pipe through which water has passed, there remains a problem that the heat transfer efficiency is deteriorated.
しかも特許文献2では、出湯開始からの積算流量を所定の積算流量ポイントとして算出し、この積算流量ポイントを超えるか否かで制御方法を変更する構成になっている。そのため、この積算流量ポイントの算出精度や、変更された制御方法の有効性など、温度制御装置として不確定な要素が多くなる不都合がある。
Moreover, in
そこで本発明は、上述の課題を解消すべく創出されたもので、給湯流量の変動があっても一定の給湯温度で連続使用が可能になり、極めて安全に使用することができ、しかも温度制御装置を合理化して省エネ性に優れる給湯器の温度制御装置及び温度制御方法の提供を目的とするものである。 Therefore, the present invention was created to solve the above-described problems. Even if there is a fluctuation in the flow rate of hot water, it can be used continuously at a constant hot water temperature, and can be used extremely safely, and temperature control can be performed. The purpose of the present invention is to provide a temperature control device and a temperature control method for a water heater that streamlines the apparatus and is excellent in energy saving.
上述の目的を達成すべく本発明における第1の手段は、
入水管Pから熱交換器6内に給水された水を熱交換器6内のヒータ4で加熱した後給湯する給湯器の温度制御装置において、
給水温度を測定する温度センサ2と給水量を測定する流量センサ3とが入水管Pがわに装着され、
測定された給水温度と給水量から所定の給湯温度に必要な熱量を算出すると共に、熱交換器6内のヒータ4における通電1秒あたりの熱量に基づいて所定の給湯温度に達するまで必要な加熱通電時間を算出する制御装置1と、
算出された加熱通電時間のみヒータ4に通電する半導体リレー5とによりフィードフォワード制御するように構成されたことにある。
In order to achieve the above object, the first means in the present invention is as follows.
In a temperature controller for a water heater that supplies hot water after heating water supplied from the water inlet pipe P into the heat exchanger 6 with the
A
The amount of heat necessary for a predetermined hot water supply temperature is calculated from the measured water supply temperature and the amount of water supplied, and the necessary heating is performed until the predetermined hot water supply temperature is reached based on the amount of heat per second in the
The feedforward control is performed by the semiconductor relay 5 that energizes the
第2の手段の前記半導体リレー5は、前記入水管Pにおける前記温度センサ2より上流がわに装着され、該入水管P内部の水の温度で半導体リレー5を冷却するように構成されている。
The semiconductor relay 5 of the second means is mounted on the upstream side of the
第3の手段は、前記半導体リレー5において、該半導体リレー5を装着する前記入水管P又は入水管Pの装着部分を銅管P1で形成すると共に、該銅管P1に銅製の冷却盤10を固定し、該冷却盤10に半導体リレー5を装着する。
The third means is that in the semiconductor relay 5, the inlet pipe P to which the semiconductor relay 5 is attached or a mounting portion of the inlet pipe P is formed by a
第4の手段は、前記ヒータ4の通電回路に漏電ブレーカ8を備え、前記制御装置1が給水量、給水温度、給湯温度の異常を検出したときに該漏電ブレーカ8が作動して通電回路を遮断する安全装置と、更に前記熱交換器6に設置された温度センサ7と、該温度センサ7にリンクして作動する緊急リレー9とを備え、該温度センサ7が熱交換器6内の異常高温を感知したときに該緊急リレー9を介し漏電ブレーカ8が作動する補助安全装置とからなる二重安全機構を備えたものである。
The fourth means includes an earth leakage breaker 8 in the energization circuit of the
第5の手段は、入水管Pから熱交換器6内に給水された水を熱交換器6内のヒータ4で所定の温度まで加熱した後給湯する給湯器の温度制御方法において、入水管Pがわの給水温度と給水量を測定し、測定された給水温度と給水量から所定の給湯温度に必要な熱量を算出すると共に、熱交換器6内のヒータ4における通電1秒あたりの熱量に基づいて所定の給湯温度に至るまでの加熱通電時間を算出し、算出された加熱通電時間のみヒータ4に通電してフィードフォワード制御する温度制御方法にある。
The fifth means is a temperature control method for a water heater in which water supplied from the inlet pipe P into the heat exchanger 6 is heated to a predetermined temperature by the
本発明の請求項1の温度制御装置及び請求項5の温度制御方法の如く、測定された給水温度と給水量から希望する所定の給湯温度に必要な熱量を算出すると共に、熱交換器6内のヒータ4における通電1秒あたりの熱量に基づいて給湯温度に至るまでの加熱通電時間を算出する制御装置1と、算出された加熱通電時間のみヒータ4に通電する半導体リレー5とによってフィードフォワード制御するように構成したことにより、給水量の変動があっても、給水側で瞬時に給水温度を制御できるため、温度の変動がおきにくく、常に均一な給水温度を維持することができる。しかも、熱交換器6内の水を直接ヒータ4が加熱するので、ガスバーナーに比べて温度制御の誤差が極めて少なくなる。
As in the temperature control device of
また、請求項2、3のように、半導体リレー5を構成したので、該半導体リレー5を冷却するヒートシンクが不要になり、装置の効率化を図ることができる。すなわち、半導体リレー5は、電圧をかけると発熱するので、通常では高価で大きいアルミ製のヒートシンクを取り付けて半導体リレー5を冷却していたが、請求項2の如く装着することで、このヒートシンクが不要になるため省スペースになる。 Further, since the semiconductor relay 5 is configured as in the second and third aspects, a heat sink for cooling the semiconductor relay 5 becomes unnecessary, and the efficiency of the apparatus can be improved. In other words, since the semiconductor relay 5 generates heat when a voltage is applied, the semiconductor relay 5 is normally cooled by attaching an expensive and large aluminum heat sink. Space is saved because it is unnecessary.
しかも、請求項3の如く構成したことにより、半導体リレー5を冷却した入水管P内の水は僅かであるが予熱されるため、半導体リレー5を利用した省エネ効果を奏するものである。 In addition, since the water in the water intake pipe P that has cooled the semiconductor relay 5 is preheated even though the semiconductor relay 5 is cooled, the energy saving effect using the semiconductor relay 5 is achieved.
更に、請求項4の如く、制御装置1が給水量、給水温度、給湯温度の異常を検出したときに該漏電ブレーカ8が作動して通電回路を遮断する安全装置と、温度センサ7が熱交換器6内の異常高温を感知したときに漏電ブレーカ8が作動する補助安全装置とからなる二重安全機構を備えているので、フィードフォワード制御を極めて安全に実施することができる。
Further, as in
本発明によると、給湯流量の変動があっても一定の給湯温度で連続使用が可能になり、極めて安全に使用することができ、しかも温度制御を合理化して省エネ性に優れるなどといった当初の目的を実現した。 According to the present invention, even if the hot water flow rate fluctuates, it can be used continuously at a constant hot water temperature, can be used extremely safely, and the initial purpose such as streamlining temperature control and excellent energy savings, etc. Realized.
以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。本発明制御装置の主な構成は、水を加熱して貯湯する熱交換器6と、該熱交換器6内のヒータ4、それから入水管P側の温度センサ2と流量センサ3、更にヒータ4の通電時間を制御する制御装置1と半導体リレー5とからなる(図1参照)。
An embodiment of the present invention will be described below with reference to the drawings. The main configuration of the control device of the present invention is a heat exchanger 6 for heating and storing hot water, a
すなわち、本発明温度制御装置は、入水管Pから熱交換器6内に給水された水を熱交換器6内のヒータ4で加熱した後給湯する給湯器に使用する。
That is, the temperature control device of the present invention is used for a water heater that supplies hot water after the water supplied from the inlet pipe P to the heat exchanger 6 is heated by the
この熱交換器6に水を給水する入水管Pがわで給水温度を測定する温度センサ2と給水量を測定する流量センサ3とが装着されている。一方、これらの温度センサ2及び流量センサ3にて測定された給水温度と給水量から希望する所定の給湯温度に達するまでに必要な熱量を算出する制御装置1を備えている。
The heat exchanger 6 is provided with a
この制御装置1は、熱交換器6内のヒータ4における通電1秒あたりの熱量に基づいて希望する所定の給湯温度に至るまでの加熱通電時間を算出し、算出された加熱通電時間だけヒータ4に通電するように制御している。実施例では、ヒータ4への通電回路に半導体リレー5を装着し、制御装置1で算出された加熱通電時間だけ半導体リレー5を通電状態とし、この通電時間だけヒータ4が加熱するものである。このように、本発明温度制御装置は給湯温度をフィードフォワード制御するように構成されている。
The
一般に、半導体リレー5は無接点リレーとして長期の使用が可能である。また、この半導体リレー5は電圧をかけると発熱するので、通常は高価なアルミ製のヒートシンクを取り付けて半導体リレー5を冷却している。そこで本発明温度制御装置では、このヒートシンクの替わりに、給水時の水の温度を利用して半導体リレー5を冷却すると共に、半導体リレー5の発熱で給水温度を加熱できるように合理的に構成している。 In general, the semiconductor relay 5 can be used for a long time as a contactless relay. Since the semiconductor relay 5 generates heat when a voltage is applied, the semiconductor relay 5 is usually cooled by attaching an expensive aluminum heat sink. Therefore, in the temperature control device of the present invention, instead of the heat sink, the semiconductor relay 5 is cooled using the temperature of the water at the time of water supply, and the water supply temperature can be heated by the heat generated by the semiconductor relay 5. ing.
すなわち、この半導体リレー5を入水管Pの温度センサ2装着位置より上流がわに装着するものである。このとき、半導体リレー5を装着する入水管P全体を銅管P1で形成するほか、入水管Pを装着する一部分のみを銅管P1で形成してもよい。そして、該銅管P1に銅製の冷却盤10を固定する(図2参照)。図示例では、銅管P1と冷却盤10との接触面積が大きくなるように銅管P1の長手方向に沿って冷却盤10を装着することで、熱交換比率の効率を高めている(同図(イ)参照)。更に、この冷却盤10に半導体リレー5を装着する(同図(ロ)参照)。このように装着することで、該入水管P内部の水の温度で半導体リレー5を冷却することができる。しかも、半導体リレー5の発熱で給水温度を加熱する省エネ構造にすることができる。
That is, the semiconductor relay 5 is mounted on the upstream side of the
更に、本発明におけるフィードフォワード制御では、ヒータ4の必要熱量を、給水温度と給水量と希望する給湯温度とから算出するため、温度センサ2や流量センサ3などに不具合が生じた場合の安全装置として、制御装置1に安全装置機能を搭載している。この安全装置は、ヒータ4の通電回路に漏電ブレーカ8を設置し、制御装置1が給水量、給水温度、給湯温度の異常を検出したときに該漏電ブレーカ8が作動して通電回路を遮断する構成になっている。
Furthermore, in the feedforward control according to the present invention, the necessary heat amount of the
更に、制御装置1が故障した場合には、制御装置1に搭載した安全装置が機能しないので、本発明では、更に補助安全装置を装着している。この補助安全装置は、熱交換器6に設置された温度センサ7と、該温度センサ7にリンクして作動する緊急リレー9とを備えたもので、温度センサ7が熱交換器6内の異常高温を感知したときに、該緊急リレー9を介し漏電ブレーカ8が作動し、前記安全装置と同様に該漏電ブレーカ8が通電回路を遮断する構成になっている。このように二重安全機構を備えることで、フィードフォワード制御を極めて安全に実行することができる。
Furthermore, when the
本発明温度制御方法は、前記温度制御装置を使用する方法で、図3に示す工程となる。まず、入水管Pがわの給水温度と給水量を測定する(STEP1及びSTEP2)。次に、測定された給水温度と給水量から希望する給湯温度に必要な熱量を算出する(STEP3)。このとき、給水流量が一定値(例えば3l/m)以下の場合など、通電の必要がない場合はSTEP1に戻る。STEP3では、熱交換器6内のヒータ4における通電1秒あたりの熱量に基づき給湯温度に至るまでの加熱通電時間を算出する。更に、算出された加熱通電時間のみ半導体リレー5を通電状態にする(STEP4)。その後、ヒータ4が加熱通電時間のみ通電されて給湯温度が希望の温度に制御されるものである。
The temperature control method of the present invention is a method using the temperature control device, and is a process shown in FIG. First, the inlet water P measures the water supply temperature and the amount of water supply (
尚、本発明温度制御装置は図示例に限定されるものではなく、本発明の要旨を変更しない範囲での設計変更は自由である。 The temperature control device of the present invention is not limited to the illustrated example, and design changes can be freely made without changing the gist of the present invention.
本発明によると、本発明温度制御装置及び温度制御方法の実施が可能なあらゆるタイプの給湯器に用いることができる。 According to the present invention, it can be used for all types of water heaters capable of implementing the temperature control device and the temperature control method of the present invention.
P 入水管
P1 銅管
1 制御装置
2 温度センサ
3 流量センサ
4 ヒータ
5 半導体リレー
6 熱交換器
7 温度センサ
8 漏電ブレーカ
9 緊急リレー
10 冷却盤
P Inlet pipe
Claims (5)
入水管がわの給水温度を測定する温度センサと給水量を測定する流量センサとが装着され、
測定された給水温度と給水量から所定の給湯温度に必要な熱量を算出すると共に、熱交換器内のヒータにおける通電1秒あたりの熱量に基づいて所定の給湯温度に達するまでの加熱通電時間を算出する制御装置と、算出された加熱通電時間のみヒータに通電する半導体リレーとによりフィードフォワード制御するように構成したことを特徴とする給湯器の温度制御装置。 In a temperature control device for a water heater that supplies hot water after heating water supplied from a water intake pipe into the heat exchanger with a heater in the heat exchanger,
A water inlet pipe is equipped with a temperature sensor that measures the feed water temperature and a flow sensor that measures the feed water amount,
Calculate the amount of heat required for the predetermined hot water supply temperature from the measured water supply temperature and the amount of water supply, and calculate the heating energization time until the predetermined hot water supply temperature is reached based on the amount of heat per second of energization in the heater in the heat exchanger. A temperature control device for a water heater, which is configured to perform feedforward control by a control device that calculates and a semiconductor relay that energizes the heater only during the calculated heating energization time.
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Legal Events
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Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20110928 |
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A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20130205 |
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A02 | Decision of refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A02 Effective date: 20130611 |