JP2015108458A - Fluid heating control device - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a fluid heating control device having a configuration where a heat exchanger is controlled by combining feed forward control and feedback control, and preventing outflow of high-temperature hot water even when the feedback control is not normally functioned due to malfunction of an outflow water temperature sensor.SOLUTION: The fluid heating control device includes: an operation part 11 receiving setting of hot water temperatures; and an electric heater 14 where an incurrent water temperature sensor 12 and an outflow water temperature sensor 13 are installed. The control value of feedback control is limited under an upper limit value determined by referring to the control value of feed forward control.

Description

本発明は、温水洗浄機能付便器装置等に組み込まれて洗浄水の加熱制御を行う流体加熱制御装置に関する。   The present invention relates to a fluid heating control device that is incorporated in a toilet device with a hot water cleaning function and performs heating control of cleaning water.

前記のような流体加熱制御装置に係る従来技術の例として、次の特許文献1が挙げられる。そこには、衛生洗浄装置において、熱交換器に入水サーミスタと出水サーミスタとを設け、入水温度から予測した出湯温度の予測値と、出湯サーミスタが検知した出湯温度との差が大きい場合は、熱交換器への通電の遮断することが記載されている。   The following patent document 1 is mentioned as an example of the prior art which concerns on the above fluid heating control apparatuses. In the sanitary washing device, there are a water thermistor and a water thermistor installed in the heat exchanger, and if the difference between the predicted hot water temperature predicted from the incoming water temperature and the hot water temperature detected by the hot water thermistor is large, It is described that the power supply to the exchanger is cut off.

前記特許文献1に記載の衛生洗浄装置は、基本的に、入水温に対するフィードフォワード制御によって熱交換器を制御しているようである。しかしフィードフォワード制御によって熱交換器を制御すると、室温等の要因のため設定温度と出湯温度との誤差が大きくなってしまう場合もある。そこで制御方法を改良し、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせて熱交換器を制御するようにすれば、設定温度と出湯温度との誤差をより小さくすることができる。   The sanitary washing apparatus described in Patent Document 1 basically seems to control the heat exchanger by feedforward control with respect to the incoming water temperature. However, when the heat exchanger is controlled by feedforward control, an error between the set temperature and the tapping temperature may increase due to factors such as room temperature. Therefore, if the control method is improved and the heat exchanger is controlled by combining the feedforward control and the feedback control, the error between the set temperature and the tapping temperature can be further reduced.

特開2012-046969号公報JP 2012-046969

フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせた場合、入水サーミスタの故障等によってフィードフォワード制御が正常に行われなくなっても、出水サーミスタが正常であれば、フィードバック制御によって、低温出湯あるいは高温出湯をある程度防止できる。しかしながら出水サーミスタが故障してフィードバック制御が正常に行われなくなると、それに起因する高温出湯は、フィードフォワード制御によって防止することは困難である。   When feedforward control and feedback control are combined, even if feedforward control is not performed normally due to failure of the incoming thermistor, etc., if the outgoing thermistor is normal, feedback control will prevent the low-temperature hot water or hot hot water to some extent. it can. However, when the water discharge thermistor breaks down and feedback control is not normally performed, it is difficult to prevent high temperature hot water caused by the feed forward control.

そのような高温出湯は当然起き得ることであるから、その防止手段として、機械的なフェールセーフ機能も組み込むべきである。具体的にはサーモスタット等の感熱素子を用いて強制的に電源を遮断する等の仕組みである。しかしながら、そのような機械的なフェールセーフ機能を発動させる前に、ソフトウェア処理によるフェールセーフ機能を発動させて、高温出湯を防止し、かつ出湯温を適切な範囲に保つことが望ましい。本発明はそのような要望の実現を目的とするものである。   Since such high temperature hot water can naturally occur, a mechanical fail-safe function should also be incorporated as a preventive measure. Specifically, the power supply is forcibly cut off using a thermosensitive element such as a thermostat. However, before activating such a mechanical fail-safe function, it is desirable to activate the fail-safe function by software processing to prevent high-temperature hot water discharge and keep the hot-water temperature within an appropriate range. The present invention aims to realize such a demand.

本発明による流体加熱制御装置は、湯温設定を受け付ける操作部と、入水温センサ及び出水温センサが設けられた電気ヒータとを備え、入水温に対するフィードフォワード制御と、出水温に対するフィードバック制御とを組み合わせて電気ヒータを通電制御する流体加熱制御装置であって、前記フィードバック制御の制御値は、前記フィードフォワード制御の制御値を参照して決定される上限値以下に制限していることを特徴とする。   A fluid heating control apparatus according to the present invention includes an operation unit that receives a hot water temperature setting and an electric heater provided with an incoming water temperature sensor and an outgoing water temperature sensor, and performs feedforward control for incoming water temperature and feedback control for outgoing water temperature. A fluid heating control device for controlling energization of an electric heater in combination, wherein a control value of the feedback control is limited to an upper limit value or less determined by referring to a control value of the feedforward control. To do.

前記フィードフォワード制御の制御値と前記フィードバック制御の制御値との合算値と、入水温の所定関数によって算出したフェールセーフ上限値とを比較して、その内の小さい値に基づいて、前記電気ヒータを通電制御するようにしてもよい。   The total value of the control value of the feedforward control and the control value of the feedback control is compared with the fail-safe upper limit value calculated by a predetermined function of the incoming water temperature, and the electric heater is based on a smaller value among them May be energized.

前記所定関数は、所定上限温度と入水温との温度差に係数を乗ずるものとしてもよい。   The predetermined function may be obtained by multiplying a temperature difference between the predetermined upper limit temperature and the incoming water temperature by a coefficient.

前記所定関数は、所定上限温度と入水温との温度差に係数を乗じ、更に定数を和するものとしてもよい。   The predetermined function may be obtained by multiplying a temperature difference between the predetermined upper limit temperature and the incoming water temperature by a coefficient and further adding a constant.

前記電気ヒータは、人体洗浄水を加熱するものとし、前記係数は、許容差内の上限能力若しくは下限能力を発揮する前記電気ヒータを、前記フェールセーフ上限値に基づいて制御したときに得られる出水温が人体洗浄水の許容範囲に収まるように選択されていてもよい。   The electric heater heats human body washing water, and the coefficient is obtained when the electric heater that exhibits the upper limit capability or the lower limit capability within a tolerance is controlled based on the fail-safe upper limit value. The water temperature may be selected so as to be within an allowable range of human body washing water.

本発明によれば、フィードバック制御の制御値を、フィードフォワード制御の制御値(入水温)を参照して決定される上限値以下に制限する。そのため出水温センサの故障によってフィードバック制御が正常に行われないようになっても、高温出湯を防止することができる。   According to the present invention, the control value of the feedback control is limited to the upper limit value or less determined with reference to the control value (incoming water temperature) of the feedforward control. Therefore, even if feedback control is not normally performed due to a failure of the water temperature sensor, high temperature hot water can be prevented.

本発明の実施形態の一例とされる流体加熱制御装置の要部ブロック図である。It is a principal part block diagram of the fluid heating control apparatus made into an example of embodiment of this invention. フィードフォワード制御のみで電気ヒータを通電制御したときの出水温の時間変化と、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせて電気ヒータを通電制御したときの出水温の時間変化を示したグラフである。It is the graph which showed the time change of the water temperature when energization control of the electric heater was carried out only by feedforward control, and when the electric heater was energized and controlled by combining feedforward control and feedback control. 電気ヒータの通電制御の2例における加熱温度、出水温を入水温の関数として示したグラフである。It is the graph which showed the heating temperature in 2 examples of electricity supply control of an electric heater, and the water temperature as a function of water temperature. 電気ヒータの通電制御の他例における加熱温度、出水温を入水温の関数として示したグラフである。It is the graph which showed the heating temperature in the other example of electricity supply control of an electric heater, and the outgoing water temperature as a function of incoming water temperature. 電気ヒータが定格電力、許容差内の上限能力、下限能力であると想定したときの加熱温度、出水温を入水温の関数として示したグラフである。It is the graph which showed the heating temperature when the electric heater assumed that it was rated power, the upper limit capability in tolerance, and a lower limit capability as a function of incoming water temperature.

本発明に係る流体加熱制御装置は、例えば温水洗浄機能付便器装置や浴室給湯システム等に組み込まれることを想定したものである。このような流体加熱制御装置では、出湯温の制御は、コンピュータ等によるソフトウェア処理によって行うのが基本である。しかしながらコンピュータは誤動作することもあり得るので、特に高温出湯を防止する機械的なフェールセーフ機能も組み込むことが望ましい。具体的にはサーモスタット等の感熱素子を用いて、出水温が異常であれば強制的に電気ヒータを遮断する等の仕組みである。   The fluid heating control device according to the present invention is assumed to be incorporated in, for example, a toilet device with a hot water cleaning function, a bathroom hot water supply system, or the like. In such a fluid heating control device, the temperature of the tapping water is basically controlled by software processing using a computer or the like. However, since a computer may malfunction, it is desirable to incorporate a mechanical fail-safe function that prevents hot hot water in particular. Specifically, a thermosensitive element such as a thermostat is used to forcibly shut off the electric heater if the water temperature is abnormal.

もちろんそのような機械的なフェールセーフ機能が発動する前に、ソフトウェア処理によるフェールセーフ機能を発動させることが望ましい。例えば流体加熱制御装置の出水温センサが故障して最大電気ヒータが最大電力で駆動され続けたとき、機械的なフェールセーフ機能では出湯温の異常を検知して電源を遮断するだけである。そのため上がり過ぎた出湯温が次には下がり過ぎる等してユーザに不快感を与えてしまう。本発明は、そのような不快感を防止することを意図して考案されたたものであり、出水温センサが故障した場合でも出湯温を適切な範囲に保つことができるソフトウェア処理によるフェールセーフ機能を提案する。以下、そのようなソフトウェア処理によるフェールセーフ機能の基本構成、作用を、図面や数式等を用いて具体的に説明する。   Of course, it is desirable to activate the fail-safe function by software processing before such a mechanical fail-safe function is activated. For example, when the outlet water temperature sensor of the fluid heating control device fails and the maximum electric heater continues to be driven at the maximum power, the mechanical fail-safe function only detects an abnormality in the outlet temperature and shuts off the power supply. For this reason, the hot water temperature that has risen too much will then be too low, which will cause discomfort to the user. The present invention has been devised with the intention of preventing such discomfort, and a fail-safe function by software processing that can keep the hot water temperature within an appropriate range even if the water temperature sensor fails. Propose. Hereinafter, the basic configuration and operation of the fail-safe function by such software processing will be specifically described with reference to drawings and mathematical expressions.

図1に示すように、本発明に係る流体加熱制御装置は、湯温設定を受け付ける操作部11と、入水温センサ12及び出水温センサ13が設けられた電気ヒータ14とを備える。   As shown in FIG. 1, the fluid heating control apparatus according to the present invention includes an operation unit 11 that receives a hot water temperature setting, and an electric heater 14 provided with an incoming water temperature sensor 12 and an outgoing water temperature sensor 13.

操作部11は、ダイヤル、スライドスイッチ、選択ボタン、あるいはタッチパネル等が設けられ、それらの操作によって湯温設定や流量設定の操作を受け付けるものである。   The operation unit 11 is provided with a dial, a slide switch, a selection button, a touch panel, or the like, and accepts operations for hot water temperature setting and flow rate setting by these operations.

電気ヒータ14は、そこを通過する水道水等の流体と、通電によって発熱する熱源との間での熱交換を生じさせる機能を有するものであるが、その流路構成や熱源の種別等に特段の制限はない。入水温センサ12、出水温センサ13は例えばサーミスタ等で構成され、それぞれ電気ヒータ14の入水口、出水口に設けられている。電気ヒータ14の入水口の側には流量センサ15が更に設けられている。   The electric heater 14 has a function of causing heat exchange between a fluid such as tap water passing therethrough and a heat source that generates heat when energized. There is no limit. The incoming water temperature sensor 12 and the outgoing water temperature sensor 13 are composed of, for example, a thermistor, and are provided at the inlet and outlet of the electric heater 14, respectively. A flow sensor 15 is further provided on the water inlet side of the electric heater 14.

流体は、図示しないポンプ等よって予圧されており、その流量は、流量センサよりも上流側に配置された電磁バルブ等(図示なし)によって可変制御される。   The fluid is preloaded by a pump or the like (not shown), and the flow rate thereof is variably controlled by an electromagnetic valve or the like (not shown) arranged upstream of the flow rate sensor.

電源部16は、電気ヒータ14に交流又は直流電源を供給する。電源部16から電気ヒータ14への給電路には、電源を接続、遮断制御するスイッチ素子17が設けられている。スイッチ素子17の種別は特に制限されず、例えばサイリスタ、バイポーラトランジスタ、電界効果トランジスタ等で構成できる。   The power supply unit 16 supplies AC or DC power to the electric heater 14. A power supply path from the power supply unit 16 to the electric heater 14 is provided with a switch element 17 that connects and disconnects the power supply. The type of the switch element 17 is not particularly limited, and can be constituted by, for example, a thyristor, a bipolar transistor, a field effect transistor, or the like.

制御部18は、マイコン等の演算素子と、スイッチ素子17を制御する出力回路等からなり、入水温に対するフィードフォワード制御と、出水温に対するフィードバック制御とを組み合わせて電気ヒータを通電制御する。   The control unit 18 includes an arithmetic element such as a microcomputer and an output circuit that controls the switch element 17. The control unit 18 controls energization of the electric heater by combining feedforward control with respect to the incoming water temperature and feedback control with respect to the outgoing water temperature.

通電制御について簡単に説明すれば、電気ヒータ14は、スイッチ素子17が接続状態とされれば所定電力を消費し、スイッチ素子17が遮断状態とされれば電力を消費しない。よって通電制御として、スイッチ素子17の駆動信号のデューティ比を例えばPWM制御等で調節することによって、電気ヒータ14の平均消費電力が自由に制御できる。   Briefly describing the energization control, the electric heater 14 consumes predetermined power when the switch element 17 is connected, and does not consume power when the switch element 17 is cut off. Therefore, as the energization control, the average power consumption of the electric heater 14 can be freely controlled by adjusting the duty ratio of the drive signal of the switch element 17 by, for example, PWM control.

電気ヒータ14の通電制御において、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせるのは、基本的には前者を主体として電気ヒータ14を制御し、入水温や室温等の環境条件に基づく出水温誤差を、後者によって修正することを意図しているからである。   In the energization control of the electric heater 14, the feed forward control and the feedback control are basically combined with the former mainly to control the electric heater 14 and to correct the water temperature error based on the environmental conditions such as the incoming water temperature and the room temperature. This is because it is intended to be corrected by the latter.

より詳細に説明すれば、フィードフォワード制御は、特定の入水温及び室温を前提条件としたものであり、その結果、入水温あるいは室温が前提条件よりも低ければ出水温も湯温設定値よりも低くなる。そしてその逆も成り立つ。一方フィードバック制御は、出水温が湯温設定値よりも低ければ出水温を上げる方向に制御し、出水温が湯温設定値よりも高ければ出水温を下げる方向に制御するものである。よってフィードフォワード制御による出水温の誤差は、フィードバック制御によって修正することが可能である。   More specifically, the feedforward control is based on a specific incoming water temperature and room temperature. As a result, if the incoming water temperature or the room temperature is lower than the prerequisite, the outlet water temperature is lower than the hot water temperature set value. Lower. And vice versa. On the other hand, in the feedback control, the outlet water temperature is controlled to increase when the outlet water temperature is lower than the hot water temperature set value, and is controlled to decrease the outlet water temperature when the outlet water temperature is higher than the hot water temperature set value. Therefore, the error in the water temperature due to the feedforward control can be corrected by the feedback control.

図2では、フィードフォワード制御のみで電気ヒータを通電制御したときの出水温の時間変化と、フィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせて電気ヒータを通電制御したときの出水温の時間変化とを対比している。いずれの場合も、湯温設定値は40℃とし、入水温あるいは室温がその前提条件としたものより高いことを想定している。   In FIG. 2, the temporal change of the water temperature when the electric heater is energized and controlled only by the feedforward control is compared with the time change of the water temperature when the electric heater is energized and controlled by combining the feedforward control and the feedback control. doing. In any case, it is assumed that the hot water temperature set value is 40 ° C., and the incoming water temperature or room temperature is higher than the precondition.

その想定の場合、フィードフォワード制御のみで電気ヒータを通電制御すれば、当然、出水温は湯温設定値よりも高くなる。しかしこれにフィードバック制御を組み合わせれば、出水温は湯温設定値に近づくはずである。なお、このとき出水温が湯温設定値を挟んで振動する傾向(図示)を示すか、湯温設定値に漸近していく傾向を示すかは、電気ヒータの能力、フィードフォワード制御とフィードバック制御との組み合わせ方、入水温、室温等の諸条件によるので一概には云えない。   In that case, if the electric heater is energized and controlled only by feedforward control, the water temperature will naturally be higher than the hot water temperature set value. However, if this is combined with feedback control, the water temperature should be close to the hot water temperature set value. Whether the outlet water temperature tends to oscillate with the hot water temperature set value (shown) or asymptotically approaches the hot water temperature set value depends on the capacity of the electric heater, feedforward control and feedback control. Because it depends on various conditions such as how to combine with water, incoming water temperature, room temperature, etc., it cannot be said unconditionally.

またフィードフォワード制御とフィードバック制御とを組み合わせれば、フィードフォワード制御に異常が発生した場合でも、出水温が湯温設定値からかけ離れてしまうことを抑制できる。フィードフォワード制御の異常は、例えば、入水温センサが半田クラック等のために正常な値よりも10℃低く検知してしまうようなときに生じる。しかしながら出水温センサ等の故障等によってフィードバック制御に異常が生じたとき、それによる出水温の異常をフィードフォワード制御によって抑制することはできない。   Further, when the feedforward control and the feedback control are combined, it is possible to prevent the temperature of the discharged water from deviating from the hot water temperature set value even when an abnormality occurs in the feedforward control. The feedforward control abnormality occurs, for example, when the incoming water temperature sensor detects 10 ° C. lower than a normal value due to a solder crack or the like. However, when an abnormality occurs in the feedback control due to a failure of the outlet water temperature sensor or the like, the abnormality in the outlet water temperature cannot be suppressed by the feedforward control.

本発明は、そのような問題の対策として、フィードバック制御の制御値を所定の上限値以下に制限することを提案する。すなわちフィードバック制御の制御値が異常に高くなることを防止して高温出湯を抑制することを趣旨とする。   The present invention proposes to limit the control value of feedback control to a predetermined upper limit value or less as a countermeasure for such a problem. That is, the purpose is to prevent high-temperature hot water by preventing the control value of the feedback control from becoming abnormally high.

フィードバック制御の制御値は、固定定数を上限値としてその値以下に制限してもよいが、フィードフォワード制御の制御値を参照して決定される上限値以下に制限すると尚よい。   The control value of the feedback control may be limited to a fixed constant as an upper limit value or less, but is preferably limited to an upper limit value or less determined with reference to the control value of the feedforward control.

このようにフィードバック制御の制御値を、フィードフォワード制御の制御値(入水温)を参照して決定される上限値以下に制限すれば、入水温が高い流体を、電気ヒータの最大電力で更に加熱するような事態は起き得ず、高温出湯を防止することができる。またフィードバック制御を充分に作用させる余地があるので、通常時の使い勝手に悪影響を与えることもない。   Thus, if the control value of the feedback control is limited to the upper limit value or less determined by referring to the control value (incoming water temperature) of the feedforward control, the fluid having a high incoming water temperature is further heated by the maximum power of the electric heater. Such a situation cannot occur and high temperature hot water can be prevented. Moreover, since there is room for sufficient feedback control, it does not adversely affect normal usability.

以下、ソフトウェア処理によるフェールセーフ機能の原理を数式等によって詳細に説明する。まず電気ヒータの通電制御の基本式を示す。ここに流体の流量F(グラム/分)、設定温度Tset、入水温Tin、出水温Tout、ヒータの定格消費電力W(ワット)、通電率制御値r(スイッチ素子の駆動パルスのデューティ比)、比熱C(カロリー/グラム)とする。電気ヒータの通電制御は、通電率制御値rを算出し、その値に基づいて前記スイッチ素子を駆動制御することでなされる。単位時間当りの投入電力=比熱×単位時間当りの流量×上昇温度であるから、平衡状態では、

Figure 2015108458
が成り立つ。これはフィードフォワード御のみの式である。この式に対して、所望の係数Kを乗じたフィードバック制御の項を加えることができる。
Figure 2015108458
Hereinafter, the principle of the fail-safe function by software processing will be described in detail using mathematical formulas and the like. First, the basic formula for energization control of the electric heater is shown. Here, fluid flow rate F (grams / minute), set temperature Tset, incoming water temperature Tin, outgoing water temperature Tout, heater rated power consumption W (watts), energization rate control value r (duty ratio of drive pulse of switch element), Specific heat C (calories / gram). The energization control of the electric heater is performed by calculating an energization rate control value r and drivingly controlling the switch element based on the calculated value. Input power per unit time = specific heat x flow rate per unit time x rising temperature.
Figure 2015108458
Holds. This is a formula for feedforward only. A feedback control term multiplied by a desired coefficient K can be added to this equation.
Figure 2015108458

以下の3項をそれぞれA項、B項、C項と呼ぶことにする。

Figure 2015108458
ここに、A項は定数項であって、通電率は、流体の流量Fに比例し、ヒータの定格消費電力Wに反比例することを示している。B項はフィードフォワード制御の制御値であり、C項はフィードバック制御の制御値である。係数Kはフィードフォワード制御に対するフィードバック制御の割合を規定する正値であるが、その値は特に制限されず、以下では簡単のため値1を採用する。 The following three terms will be referred to as A term, B term, and C term, respectively.
Figure 2015108458
Here, the term A is a constant term, and the energization rate is proportional to the flow rate F of the fluid and inversely proportional to the rated power consumption W of the heater. The term B is a control value for feedforward control, and the term C is a control value for feedback control. The coefficient K is a positive value that defines the ratio of the feedback control to the feedforward control. However, the value is not particularly limited, and the value 1 is adopted below for simplicity.

本発明は、C項に対して、B項を参照して決定される上限値Cmaxを設定する。
例えば

Figure 2015108458
としてもよい。ここにXは定数、Tmaxは上限温度であって、入水温Tinがその上限温度Tmaxを超えたときには加熱を行わないという値である。これらの値は出水温Toutの許容範囲等を考慮して決定すればよい。 In the present invention, an upper limit value Cmax determined with reference to the B term is set for the C term.
For example
Figure 2015108458
It is good. Here, X is a constant, Tmax is an upper limit temperature, and when the incoming water temperature Tin exceeds the upper limit temperature Tmax, heating is not performed. These values may be determined in consideration of the allowable range of the water temperature Tout.

つまり、C項>Cmaxとなったときには、C項の代わりにCmaxを採用するのであるが、これは、B項+C項>B項+Cmaxとなった場合は、B項+C項の代わりに、B項+Cmaxを採用すると言い換えてもよい。

Figure 2015108458
であるから、更に換言すれば、B項+C項>X・(Tmax−Ti)となった場合は、B項+C項の代わりに、X・(Tmax−Ti)を採用するとしてもよい。 That is, when C term> Cmax, Cmax is adopted instead of C term, but when B term + C term> B term + Cmax, B term + C term is replaced by B In other words, the term + Cmax may be adopted.
Figure 2015108458
Therefore, in other words, when B term + C term> X · (Tmax−Ti), X · (Tmax−Ti) may be adopted instead of the B term + C term.

これは要するに、フィードフォワード制御の制御値とフィードバック制御の制御値との合算値と、入水温Tinの所定関数によって算出したフェールセーフ上限値とを比較して、その内の小さい値に基づいて電気ヒータを通電制御するということである。このとき所定関数は、X・(Tmax−Tin)である。すなわち所定関数は、上限温度Tmaxと入水温Tinとの温度差に係数を乗じたものになる。このような一次関数を用いれば、制御値の算出が簡単に行える。   In short, the sum of the control value of the feedforward control and the control value of the feedback control is compared with the fail safe upper limit value calculated by a predetermined function of the incoming water temperature Tin, and the electric value is calculated based on the smaller value. That is, the heater is energized. At this time, the predetermined function is X · (Tmax−Tin). That is, the predetermined function is obtained by multiplying the temperature difference between the upper limit temperature Tmax and the incoming water temperature Tin by a coefficient. If such a linear function is used, the control value can be easily calculated.

なおC項の上限値は制限されるわけではない。例えば、B項を参照して決定される上限値Cmaxとして

Figure 2015108458
を採用してもよい。この場合も前記と同様の考え方が成り立ち、入水温Tinの所定関数は、X・(Tmax−Ti)となる。 The upper limit value of the C term is not limited. For example, as an upper limit Cmax determined with reference to the B term
Figure 2015108458
May be adopted. In this case as well, the same concept as described above holds, and the predetermined function of the incoming water temperature Tin is X · (Tmax−Ti) 2 .

図3は、電気ヒータの通電制御がA項・X・(Tmax−Tin)に従ってなされた場合、及びA項・X´・(Tmax−Tin)に従ってなされた場合における加熱温度ΔT、出水温Toutを入水温Tinの関数として示したものである。ここに加熱温度ΔTは、入水温Tinと出水温Toutとの差として定義される。また図中、加熱温度ΔTは実線によって、出水温Toutは破線によって示している。このようにいずれの場合でも、Tmax、及びXを適切に設定すれば、出水温センサ故障したときでも出水温Toutの過熱を抑えられることがわかる。 FIG. 3 shows the heating temperature ΔT and the outlet water temperature Tout when the energization control of the electric heater is performed according to A term · X · (Tmax−Tin) and according to A term · X ′ · (Tmax−Tin) 2. Is shown as a function of the incoming water temperature Tin. Here, the heating temperature ΔT is defined as the difference between the incoming water temperature Tin and the outgoing water temperature Tout. In the figure, the heating temperature ΔT is indicated by a solid line, and the outlet water temperature Tout is indicated by a broken line. Thus, in any case, if Tmax and X are set appropriately, it is understood that overheating of the outlet water temperature Tout can be suppressed even when the outlet water temperature sensor fails.

またB項を参照して決定される上限値Cmaxとして、

Figure 2015108458
を採用してもよい。この場合、所定関数は、X・(Tmax−Tin)+Tmin、すなわち上限温度Tmaxと入水温Tinとの温度差に係数を乗じ、更に定数Tminを加えたものになる。ここにTminはフィードバック制御における最低限の加熱性能を確保するための定数である。例えばその値を3とすれば、フィードバック制御によって少なくとも3℃の加熱が可能になる。 Moreover, as an upper limit Cmax determined with reference to the B term,
Figure 2015108458
May be adopted. In this case, the predetermined function is X · (Tmax−Tin) + Tmin, that is, a value obtained by multiplying the temperature difference between the upper limit temperature Tmax and the incoming water temperature Tin by a coefficient and further adding a constant Tmin. Here, Tmin is a constant for ensuring the minimum heating performance in the feedback control. For example, if the value is 3, heating at least 3 ° C. is possible by feedback control.

図4は、電気ヒータの通電制御がA項・X・(Tmax−Tin)に従ってなされた場合、及びA項・X・(Tmax−Tin)+Tminに従ってなされた場合の加熱温度ΔT、出水温Toutを入水温Tinの関数として示したものである。ここでも加熱温度ΔTは実線によって、出水温Toutは破線によって示している。   FIG. 4 shows the heating temperature ΔT and the discharge water temperature Tout when the energization control of the electric heater is performed according to A term · X · (Tmax−Tin) and according to A term · X · (Tmax−Tin) + Tmin. It is shown as a function of the incoming water temperature Tin. Again, the heating temperature ΔT is indicated by a solid line, and the outlet water temperature Tout is indicated by a broken line.

図において、電気ヒータの通電制御がA項・X・(Tmax−Tin)に従ってなされた場合、入水温TinがTmaxに近ければ、加熱温度ΔT1は非常に小さいものなっている。これに対して、電気ヒータの通電制御がA項・X・(Tmax−Tin)+Tminに従ってなされた場合は、Tmin以上の加熱温度ΔT2が得られることがわかる。   In the figure, when the energization control of the electric heater is performed according to A term · X · (Tmax−Tin), the heating temperature ΔT1 is very small if the incoming water temperature Tin is close to Tmax. On the other hand, when the energization control of the electric heater is performed according to A term · X · (Tmax−Tin) + Tmin, it can be seen that a heating temperature ΔT2 equal to or higher than Tmin is obtained.

最後に、電気ヒータの能力に許容差を見込んだ場合の、フィードバック制御の制御値の制限について考察する。電気ヒータはそれに関連する構成要素、例えば発熱体、流体経路、入水温センサ、出水温センサ、流量センサ等の個体差により、定格電力に対してプラスマイナスの許容差を有する。また電源電圧とされる商用100V電源でも規定範囲は101±6Vとされている。   Finally, the control value limit of the feedback control when the tolerance is expected in the capacity of the electric heater will be considered. The electric heater has a plus or minus tolerance with respect to the rated power due to individual differences of components related thereto, such as a heating element, a fluid path, an incoming water temperature sensor, an outgoing water temperature sensor, and a flow rate sensor. Further, even in a commercial 100V power source that is a power source voltage, the specified range is 101 ± 6V.

部品の個体差や電源電圧の規定範囲等を考慮すれば、例えば電気ヒータの定格電力を1200Wとしたとき、許容範囲の上限は1500W、下限は900W程度を想定してよい。   Considering individual differences of parts, a specified range of the power supply voltage, and the like, for example, when the rated power of the electric heater is 1200 W, the upper limit of the allowable range may be assumed to be 1500 W and the lower limit may be about 900 W.

ここで出水温センサ故障のため、A項・X・(Tmax−Tin)に基づいて電気ヒータを制御する場合の出水温Toutは、入水温Tinが0℃のとき、電気ヒータの能力によって次のようになる。   Here, because of the failure of the water temperature sensor, the water temperature Tout when the electric heater is controlled based on the term A · X · (Tmax−Tin) depends on the capacity of the electric heater when the water temperature Tin is 0 ° C. It becomes like this.

電気ヒータが定格電力(1200W)であれば、

Figure 2015108458
If the electric heater is rated power (1200W)
Figure 2015108458

電気ヒータが上限能力(1500W)であれば、

Figure 2015108458
If the electric heater has an upper limit capacity (1500 W),
Figure 2015108458

電気ヒータが下限能力(900W)であれば、

Figure 2015108458
If the electric heater is the lower limit capacity (900 W),
Figure 2015108458

一方、入水温TinがTmaxの場合は、電気ヒータの消費電力によらず、

Figure 2015108458
On the other hand, when the incoming water temperature Tin is Tmax, regardless of the power consumption of the electric heater,
Figure 2015108458

ここで要請されることは、数8−11による出水温Toutを、人体洗浄水の許容範囲に収めることである。数8−10の内では、数9による出水温Toutが最も高くなる。よって数11による出水温Toutとして、Tmax=57℃(火傷限度)を採用し、更に許容差の上限能力に基づいてXの値を定めるならば、数9による出水温Toutを57℃にするための条件は、X=0.8となる。そしてX=0.8とすれば、数8、数10による出水温Toutはそれぞれ、45.6℃、34.2℃になる。X<0.8とすると、数10による出水温Toutが低過ぎになってしまう。   What is required here is to keep the water temperature Tout according to Equation 8-11 within the allowable range of human body washing water. Among the equations 8-10, the water discharge temperature Tout according to the equation 9 is the highest. Therefore, if Tmax = 57 ° C. (burn limit) is adopted as the outlet water temperature Tout according to Equation 11, and if the value of X is determined based on the upper limit capability of tolerance, the outlet water temperature Tout according to Equation 9 is set to 57 ° C. The condition is X = 0.8. And if X = 0.8, the outlet water temperature Tout according to Equations 8 and 10 will be 45.6 ° C. and 34.2 ° C., respectively. If X <0.8, the water temperature Tout according to Equation 10 will be too low.

図5は、電気ヒータが前記定格電力、上限能力、下限能力であると想定したときの加熱温度ΔT、出水温Toutを入水温Tinの関数として示したものである。加熱温度ΔTは実線によって、出水温Toutは破線によって示している。前記説明から理解できるように、図中の丸印における出水温Toutが人体洗浄水の許容範囲に収まるようにTmax、Xを選択すればよく、前記Tmax=57℃、X=0.8は、そのような選択の一例である。   FIG. 5 shows the heating temperature ΔT and the outlet water temperature Tout as a function of the incoming water temperature Tin when the electric heater is assumed to have the rated power, the upper limit capacity, and the lower limit capacity. The heating temperature ΔT is indicated by a solid line, and the outlet water temperature Tout is indicated by a broken line. As can be understood from the above description, Tmax and X may be selected so that the water discharge temperature Tout in the circles in the figure falls within the allowable range of human body washing water, where Tmax = 57 ° C. and X = 0.8 are An example of such a selection.

以上によれば、係数(X)を電気ヒータの許容差の上限能力に基づいて選択設定した場合は、高温出湯阻止の制御ができる。また係数を電気ヒータの許容差の下限能力に基づいて選択設定した場合は、低温出湯阻止の制御ができる。よって、例えば出水温センサが故障した場合でも、人体洗浄水が熱湯あるいは冷水にならず、ユーザを不快にさせることがなく、安全に使用することができる。   According to the above, when the coefficient (X) is selected and set based on the upper limit capacity of the tolerance of the electric heater, it is possible to control high temperature hot water prevention. Moreover, when the coefficient is selected and set based on the lower limit capability of the tolerance of the electric heater, it is possible to control the low temperature hot water prevention. Therefore, for example, even when the water temperature sensor breaks down, the human body washing water does not become hot water or cold water and can be used safely without making the user uncomfortable.

11 操作部
12 入水温センサ
13 出水温センサ
14 電気ヒータ
11 Operation unit 12 Incoming water temperature sensor 13 Outlet water temperature sensor 14 Electric heater

Claims (5)

湯温設定を受け付ける操作部と、入水温センサ及び出水温センサが設けられた電気ヒータとを備え、入水温に対するフィードフォワード制御と、出水温に対するフィードバック制御とを組み合わせて電気ヒータを通電制御する流体加熱制御装置であって、
前記フィードバック制御の制御値は、前記フィードフォワード制御の制御値を参照して決定される上限値以下に制限していることを特徴とする流体加熱制御装置。
A fluid that includes an operation unit that receives a hot water temperature setting and an electric heater provided with an incoming water temperature sensor and an outgoing water temperature sensor, and that controls feed of the electric heater by combining feedforward control for incoming water temperature and feedback control for outgoing water temperature. A heating control device,
The fluid heating control device according to claim 1, wherein the control value of the feedback control is limited to an upper limit value or less determined with reference to the control value of the feedforward control.
請求項1において、
前記フィードフォワード制御の制御値と前記フィードバック制御の制御値との合算値と、入水温の所定関数によって算出したフェールセーフ上限値とを比較して、その内の小さい値に基づいて、前記電気ヒータを通電制御することを特徴とする流体加熱制御装置。
In claim 1,
The total value of the control value of the feedforward control and the control value of the feedback control is compared with the fail-safe upper limit value calculated by a predetermined function of the incoming water temperature, and the electric heater is based on a smaller value among them A fluid heating control device characterized in that energization is controlled.
請求項2において、
前記所定関数は、所定上限温度と入水温との温度差に係数を乗ずるものとしていることを特徴とする流体加熱制御装置。
In claim 2,
The fluid heating control apparatus according to claim 1, wherein the predetermined function multiplies a temperature difference between a predetermined upper limit temperature and an incoming water temperature by a coefficient.
請求項3において、
前記所定関数は、所定上限温度と入水温との温度差に係数を乗じ、更に定数を和するものとしていることを特徴とする流体加熱制御装置。
In claim 3,
The fluid heating control device according to claim 1, wherein the predetermined function is obtained by multiplying a temperature difference between a predetermined upper limit temperature and an incoming water temperature by a coefficient and further adding a constant.
請求項3又は4において、
前記電気ヒータは、人体洗浄水を加熱し、
前記係数は、許容差内の上限能力若しくは下限能力を発揮する前記電気ヒータを、前記フェールセーフ上限値に基づいて制御したときに得られる出水温が人体洗浄水の許容範囲に収まるように選択されていることを特徴とする流体加熱制御装置。
In claim 3 or 4,
The electric heater heats human body washing water,
The coefficient is selected so that the water temperature obtained when the electric heater that exhibits the upper limit capacity or the lower limit capacity within the tolerance is controlled based on the fail safe upper limit value falls within the allowable range of human body washing water. A fluid heating control device.
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