JP2011149692A - 自動給湯装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】一般給湯側混合弁2a及び風呂給湯側混合弁2bが同時に作動するとき、優先度の高い一般給湯側混合弁2aの状態量を優先度の低い風呂給湯側混合弁2bの制御量に反映させる。
【選択図】図8
Description
図1は、この発明の実施形態における自動給湯装置の構成図である。この自動給湯装置は、貯湯ユニットA及び熱源ユニットBから構成されている。
貯湯ユニットAは、貯湯タンク1、一般給湯側混合弁2a、風呂側混合弁2b、減圧弁3、電磁弁4、及び本発明の制御手段に相当する制御部10にて構成されている。貯湯タンク1は例えばステンレスなどの金属製の缶体であり、周囲には断熱材(図示せず)が設けられていて、熱源ユニットBにて加熱された高温湯を長時間にわたって保温することができる。Bは熱源ユニットであり、市水等の水を目標の貯湯温度まで昇温加熱する熱交換器などの加熱器(図示せず)が内蔵されている。熱源ユニットは、例えば二酸化炭素などを冷媒としたヒートポンプである。また、ヒートポンプに換えて、加熱源を電気ヒーターなどに置き換えても良いし、加熱源を貯湯タンク1に内蔵する構成としてもよい。
以下それぞれの給湯動作について説明する。
図3は、同時給湯開始時の制御フローである。この図の初期状態は一般給湯のみの単独給湯状態である。ST1では、温度センサ12aで検出される給湯温度が設定温度となるように一般給湯側混合弁2aの開度を制御する。一般給湯側混合弁2aの開度制御は、現在の給湯温度と設定温度との偏差量に応じたフィードバック制御(詳細後述)により行われる。ST2では、風呂給湯があるか否かの判定を行う。なお、一般給湯および風呂給湯の給湯有無は、流量センサ11a,11bにより検出される流量から判定することができる。ST2で風呂給湯ありと判定した場合には、ST3に進む。
STr=(Ts−Tw)/(Th−Tw)…(1)
ここで、Ts[℃]は設定温度(リモコン7にて設定された一般給湯温度)、Th[℃]は温度センサ12dで検出される貯湯タンク1から一般給湯側混合弁2aへ送られる高温湯の温度、及びTw[℃]は温度センサ12cで検出される水源から一般給湯側混合弁2a送られる水の温度である。なお、理論弁開度STrの値は0(開度0%)〜1(開度100%)の範囲となる。理論弁開度STrの値が0(開度0%)の状態は、水源側のポートが全開(つまり、水源からの水が給湯される)状態である。理論弁開度STrの値が1(開度100%)の状態は、貯湯タンク1側のポートが全開(つまり、貯湯タンク1からの高温湯が給湯される)状態である。
XHr=Qq/(Qq+Qw)…(2)
ここで、Qqは貯湯タンク1から一般給湯側混合弁2aへ送られる高温湯の流量、及びQwは水源から一般給湯側混合弁2aへ送られる水の流量である。
MV(n)=MV(n−1)+dMV…(3)
ここで、MV(n)は今回設定する一般給湯側混合弁2aの開度、及びMV(n−1)は前回設定した一般給湯側混合弁2aの開度を示す。また、dMVは一般給湯側混合弁2aの補正開度、つまりフィードバック量を示す。
dMV=Z・Ki・Km・en…(4)
en=Ts−Tq[℃]…(5)
ここで、enは設定温度と実際の給湯温度との偏差量、Kiは制御ゲイン、Kmは同時給湯補正係数、及びTqは実際の給湯温度を示す。
図6は、実際の一般給湯側混合弁2aの開度STnと温水流量比XHnとの関係を示す。図6中には、あわせて図5の理論弁開度STrと温水流量比XHrの関係も示す。なお、温水流量比XHnは、式(1)及び式(2)より求められる次式を用いて求めた。
XHn=(Tq−Tw)/(Th−Tw)…(6)
ここで、Tq[℃]は温度センサ12aで検出される一般給湯温度である。
dMV’=A・dXH/α=Ki/α・en=Z・Ki・en…(7)
ここで
dXH=(Ts−Tq)/(Th−Tw)=en/(Th−Tw)…(8)
Ki=A/(Th−Tw)…(9)
Z = 1/α=(1−STn)/(1−XHn)…(10)
である。また、式(7)のAは定数、enは式(5)の設定温度と実際の給湯温度との偏差量を示す。なお、一般給湯側混合弁2aの補正開度dMV’の同時給湯補正係数(式(4)に示すKm)は1である。
Z=1/β=(STn−0)/(XHn−0)…(11)
図7は、この発明の実施形態における同時給湯開始時の一般給湯温度の変化率と経過時間の関係図である。この図は、一般給湯側混合弁2a及び風呂給湯側混合弁2bの双方の開度を固定した状態で、一般給湯の単独給湯から一般給湯と風呂給湯の同時給湯を開始したときの一般給湯温度の経時変化を示している。横軸は経過時間であり0[sec]の時点で同時給湯を開始する(0[sec]より前は一般給湯単独の安定給湯状態)。縦軸は一般給湯温度の変化率を表し、0[sec]を変化率0の基準(0%)として、同時給湯後に一般給湯温度が安定した状態を変化率100%としている。同時給湯開始後の一般給湯温度の変化は非常に早く、変化率が安定状態の63.2%に達するまでの時間は約0.1〜0.3[sec]となる。この一般給湯温度の変化に追従した一般給湯側混合弁2aの開度制御を行うために、制御時間周期ΔTを少なくとも0.1〜0.3[sec]以下にする必要がある。
また同様に、制御時間周期ΔTを少なくとも0.1〜0.3[sec]以下で風呂給湯側混合弁2bの開度制御をすることにより、同時給湯開始時の風呂給湯温度の過渡変化や、給湯流量の急激な変化等の外乱にも迅速に対応することができる。したがって、優先度が低い風呂給湯温度についてもオーバーシュート、アンダーシュートを極力抑え、正確に一般給湯温度を制御することが可能となる。
一般給湯と風呂給湯の同時給湯においては、一般給湯側混合弁2a及び風呂給湯側混合弁2b双方の開度がお互いの給湯温度の制御性に影響を及ぼし合う。一般給湯と風呂給湯の同時給湯においては、それぞれの給湯温度の安定性の要求度合いが異なり、シャワーや手洗いなど、使用中に給湯温度が急変した場合に危険や不快感が発生する可能性がある一般給湯の方が優先度が高い。風呂給湯の場合は、湯が浴槽内に給湯されるため、温度の安定までに多少時間を要しても危険や不快感が生じる可能性が低く、優先度は低くなる。このような場合には、優先度が低い風呂給湯側混合弁2bの給湯温度制御性を多少犠牲にしても、優先度が高い一般給湯側混合弁2aの給湯温度制御性を重視して、一般給湯温度の変化を最小にすることが可能となる方が制御として望ましい。
Claims (7)
- 湯流路からの湯と水流路からの水とを混合して給湯路から給湯する複数の混合弁と、
前記給湯路の流体温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段の検出結果及び予め入力されているデータに基づいて前記混合弁を制御する制御手段とを備えた自動給湯装置において、
前記混合弁が2つ以上同時に作動するとき、
前記混合弁のうち優先度の高い混合弁の状態量を、前記混合弁のうち優先度の低い混合弁の制御量に反映させることを特徴とする自動給湯装置。 - 前記優先度の高い混合弁の状態量とは、前記優先度の高い混合弁の目標給湯温度と実際の給湯温度の偏差量であることを特徴とする請求項1に記載の自動給湯装置。
- 前記優先度の高い混合弁の状態量を、前記優先度の低い混合弁の制御量に反映させる手段は、
前記優先度の高い混合弁の偏差量に基づいて、前記優先度の低い混合弁の開度量を規制することを特徴とする請求項1に記載の自動給湯装置。 - 前記優先度の高い混合弁とは、
給湯された流体が人体に危険や不快感を及ぼす可能性が高い給湯路に設けられた混合弁であることを特徴とする請求項1〜請求項3のいずれかに記載の自動給湯装置。 - 前記混合弁が2つ以上同時に作動するとき、
前記優先度の低い混合弁の初期開度を、開度の中心または中心付近とすることを特徴とする請求項1〜請求項4のいずれかに記載の自動給湯装置。 - 前記制御手段は、目標給湯温度と実際の給湯温度の偏差量に応じて前記混合弁の駆動速度を制御することを特徴とする請求項1〜請求項5のいずれかに記載の自動給湯装置。
- 前記制御手段は、
前記湯流路の温度、前記水流路の温度、及び目標給湯温度に基づいて、
前記混合弁が2つ以上同時に作動するときの同時作動開始時又は終了時における前記混合弁の初期開度を所定の開度に制御することを特徴とする請求項1〜請求項6のいずれかに記載の自動給湯装置。
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