JP2023180480A - 貯湯式給湯システム - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、貯湯式給湯システムに関する。
加熱された湯水を貯える貯湯タンクを備える貯湯式給湯システムでは、貯湯タンクから出湯する湯水であるタンク出湯湯水に水(非加熱状態の給湯用水)を混合し得るように貯湯タンクに接続された混合部を備え、給湯対象部への給湯時に、混合部で温調制御した湯水を燃焼式熱源機を経由させて、又は燃焼式熱源機をバイパスさせて給湯するシステムが知られている(例えば特許文献1、2を参照)。
そして、特許文献1,2では、給湯の停止中(止水中)に、通常は、混合部でのタンク出湯湯水と給湯用水との混合比率を前回の給湯の終了時の比率に維持し(混合比率を調整するための弁装置の動作状態を維持する)、給湯開始直後に混合部で得られる湯水の温度が過剰に高くなる虞がある特定の状況では、混合部でのタンク出湯湯水と給湯用水との混合比率を給湯用水の流量を多めにする比率に制御しておく技術が提案されている。
特許文献1、2に見られる技術では、特に、給湯の停止中に、混合比率が前回の給湯の終了時の状態に維持される場合に、給湯の停止中に維持される混合比率は、給湯停止中における貯湯タンク内の湯水の温度の変化(加熱による温度上昇、あるいは、放熱による温度低下)、あるいは、目標給湯温度の設定値の変更等に起因して、給湯開始直後に混合部で得られる湯水を所要の目標温度に制御するために要求される混合比率から乖離した比率になってしまいやすい。
また、給湯の停止中に、混合比率が給湯用水の流量を多めにする比率に制御される場合であっても、給湯の停止中に目標給湯温度の設定値が前記の給湯時よりも高い温度に変更された場合には、給湯の停止中における混合比率が、給湯開始直後に要求される比率から乖離した比率になってしまいやすい。
この場合、給湯の開始直後に実際の混合比率が要求値に達するまでに時間がかかるために、給湯対象部に目標給湯温度に温調制御された湯水が供給されるようになるまでに要する時間が長くなってしまう。特に、混合部から給湯対象部までの流路が比較的長いものとなっているシステムでは、混合部から給湯対象部まで湯水が到達するのに時間がかかることに加えて、混合比率の制御の遅れが生じることで、ユーザは、給湯対象部に目標給湯温度の湯水が供給されるまでの時間が長過ぎると感じやすくなる。
本発明はかかる背景に鑑みてなされたものであり、混合部での混合比率を給湯の開始直後から速やかに適切な混合比率に制御することができる貯湯式給湯システムを提供することを目的とする。
本発明の貯湯式給湯システムは、上記の目的を達成するために、加熱装置により加熱された湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクから出湯する湯水であるタンク出湯湯水に給湯用水を混合させ得ると共に、該タンク出湯湯水と該給湯用水との混合比率を調整し得るように該貯湯タンクに接続された混合部と、前記混合比率を制御する機能を有する制御装置とを備え、前記制御装置が、前記給湯対象部への給湯時に、前記混合部で得られる湯水の温度が所定の目標温度になるように前記混合比率を制御する機能を有するように構成された貯湯式給湯システムであって、
前記制御装置は、前記給湯対象部への給湯の停止中に、前記貯湯タンク内の湯水の温度であるタンク内湯温の観測値と、前記給湯用水の温度である給水温度の観測値とを取得し、該タンク内湯温の観測値と該給水温度の観測値と前記所定の目標温度とから、前記給湯対象部への給湯を開始したときに前記混合部で得られる湯水の温度が前記所定の目標温度になるように、前記混合比率の目標値を決定する処理と、当該決定した目標値に前記混合比率を制御する処理とを逐次実行するように構成されていることを特徴とする(第1発明)。
前記制御装置は、前記給湯対象部への給湯の停止中に、前記貯湯タンク内の湯水の温度であるタンク内湯温の観測値と、前記給湯用水の温度である給水温度の観測値とを取得し、該タンク内湯温の観測値と該給水温度の観測値と前記所定の目標温度とから、前記給湯対象部への給湯を開始したときに前記混合部で得られる湯水の温度が前記所定の目標温度になるように、前記混合比率の目標値を決定する処理と、当該決定した目標値に前記混合比率を制御する処理とを逐次実行するように構成されていることを特徴とする(第1発明)。
なお、本発明において、タンク内湯温の観測値等、温度の観測値は、該温度を温度センサを用いて検出してなる値(検出値)、あるいは、該温度と一定の相関関係を有する一つ以上の状態量の検出値から該相関関係に基づいて推定してなる値(推定値)を意味する。また、給湯対象部への給湯の停止中における混合比率は、より詳しくは、該給湯の停止中に給湯対象部への給湯を開始した時に混合部で実現される混合比率を意味する。
上記第1発明によれば、給湯対象部への給湯の停止中に、混合部での混合比率が上記の如く決定された目標値に制御されるので、給湯開始の直前における混合比率を、給湯開始時に混合部で得られる湯水の温度が所定の目標温度になるように温調制御するために要求される混合比率に一致もしくはほぼ一致させることが可能となる。
よって、第1発明によれば、混合部での混合比率を給湯の開始直後から速やかに適切な混合比率に制御することが可能となる。
よって、第1発明によれば、混合部での混合比率を給湯の開始直後から速やかに適切な混合比率に制御することが可能となる。
上記第1発明では、前記混合部は、前記貯湯タンクの上部から該貯湯タンク内の湯水が供給されるように該貯湯タンクに接続されており、前記貯湯タンク内の湯水の温度の検出用の温度センサとして、該貯湯タンクの上部の側面に装着された第1温度センサと、該貯湯タンクに前記混合部を接続する流路の上流端寄りの箇所又は該貯湯タンク内の上部に配置された第2温度センサとを備えているという態様を採用し得る。
この場合、前記制御装置は、前記給湯対象部への給湯の停止中に、前記タンク内湯温の観測値として、前記第1温度センサによる温度検出値と、前記第2温度センサによる温度検出値とのうち、高い方の温度検出値を用いて前記混合比率の目標値を決定するように構成されていることが好ましい(第2発明)。
ここで、給湯の停止状態において、上記第1温度センサ、あるいは上記第2温度センサがリアルタイムで検出する温度は、貯湯タンク内の湯水の分布状態や、加熱装置による加熱状態、貯湯タンク内の空気等の影響を受けて、給湯時に貯湯タンクから出湯する湯水の実際の温度よりも低い温度になってしまう場合がある。
そこで、第2発明では、制御装置は、給湯の停止中に、前記タンク内湯温の観測値として、第1温度センサによる温度検出値と、第2温度センサによる温度検出値とのうち、高い方の温度検出値を用いて混合比率の目標値を決定する。これにより、給湯時に貯湯タンクから出湯する湯水の実際の温度よりも低い温度を用いて混合比率の目標値を決定してしまうのを極力回避することが可能となる。
ひいては、給湯の開始直前の混合比率が、給湯開始時に混合部で得られる湯水の温度が所定の目標温度になるように温調制御するために要求される混合比率よりも、貯湯タンク側の湯水を多くする側の比率になってしまうのを極力予防することが可能となる。
上記第2発明では、前記制御装置は、前記給湯対象部への給湯時には、前記第1温度センサ及び前記第2温度センサのうち、前記第1温度センサによる温度検出値を用いずに、前記第2温度センサによる温度検出値を用いて前記混合比率を制御するように構成されていることが好ましい(第3発明)。
給湯対象部への給湯時には、貯湯タンク内の上部から混合部に湯水が供給されるので、第2温度センサによる温度検出値が、混合部に実際に供給される湯水の温度を精度よく示すものとなる。従って、給湯時に、混合部で得られる湯水の温度を所要の目標温度に適切に温調制御することが可能となる。
本発明の一実施形態を図1~図4を参照して以下に説明する。本実施形態の貯湯式給湯システム1は、加熱された湯水を貯える貯湯タンク11が搭載されたタンクユニット10と、貯湯タンク11内に貯える湯水を加熱する加熱装置としてのヒートポンプユニット20と、図示しない給水源から供給される給湯用水を貯湯タンク11に供給し得るように構成された給水回路30と、貯湯タンク11内の湯水を台所や浴室、洗面所等の給湯対象部(図示省略)に供給し得るように構成された給湯回路40と、給湯回路40で給湯対象部に供給される湯水を加熱し得るように構成された燃焼式熱源機50とを備える。
ヒートポンプユニット20は、貯湯タンク11との間で湯水を循環させる循環路21を介して貯湯タンク11に接続されている。該循環路21は、貯湯タンク11内の湯水を貯湯タンク11の下部からヒートポンプユニット20に流すように配設された往路21aと、ヒートポンプユニット20から貯湯タンク11の上部に湯水を流すように配設された復路21bとを備え、ヒートポンプユニット20(又はタンクユニット10)に搭載された図示しないポンプの作動により、ヒートポンプユニット20と貯湯タンク11との間で湯水を循環させることが可能である。なお、復路21bには、逆止弁22が組付けられている。
そして、ヒートポンプユニット20は、貯湯タンク11との間での湯水の循環時に、該ヒートポンプユニット20で流通する湯水を、公知のヒードポンプ動作(冷媒の蒸発(吸熱)、圧縮、凝縮(放熱)、膨張を繰り返す動作)によって加熱し得るように構成されている。
給水回路30は、給水源から給湯用水が供給される上流給水路31と、上流給水路31の下流側に分岐されたタンク給水路32及びバイパス給水路33とを備える。タンク給水路32は、給湯用水を上流給水路31から貯湯タンク11の下部に流入させるように配設され、バイパス給水路33は、給湯用水を上流給水路31から貯湯タンク11を経由させずに給湯回路40の混合部44に流すように配設されている。該混合部44は、貯湯タンク11から出湯する湯水であるタンク出湯湯水に、バイパス給水路33から供給される給湯用水を混合させる部分である。
そして、タンク給水路32及びバイパス給水路33には、逆止弁34,35が各々組付けられている。さらに、バイパス給水路33には、該バイパス給水路33を通って混合部44に流れる給湯用水の流量である給水流量を検出する流量センサ36が組付けられている。また、上流給水路31には、給水源から上流給水路31に供給された給湯用水の温度である給水温度を検出する温度センサ37が組付けられている。
給湯回路40は、貯湯タンク11内の湯水を該貯湯タンク11の上部から混合部44に流すように配設された第1給湯路41と、混合部44から燃焼式熱源機50に湯水を流すように配設された第2給湯路42と、燃焼式熱源機50から流出する湯水を図示しない給湯対象部に供給するように配設された第3給湯路43とを備える。
混合部44には、貯湯タンク11から第1給湯路41を通って流入する湯水とバイパス給水路33から流入する給湯用水とを混合して第2給湯路42に流出させ得るように構成された混合弁45が組付けられている。該混合弁45は、図示しないステッピングモータを動力源として有する電動式の三方弁等により構成され、貯湯タンク11から第1給湯路41を通って第2給湯路42に流れる湯水の流量(タンク出湯湯水の流量)と、バイパス給水路33から第2給湯路42に流れる給湯用水の流量との比率である混合比率を可変的に調整し得るように構成されている。かかる混合弁45の作動制御によって上記混合比率を制御することで、該混合弁45から下流側の第2給湯路42に流れる湯水の温度(混合弁45から燃焼式熱源機50に供給する湯水の温度)を調整することが可能である。
補足すると、上記混合比率を制御するための弁装置は、上記混合弁45に限られない。例えば、第1給湯路41及びバイパス給水路33のそれぞれに流量制御弁を設け、これらの流量制御弁により混合比率を調整することも可能である。
第1給湯路41には、貯湯タンク11の上部から出湯する湯水の温度であるタンク出湯温度を検出する温度センサ46と、逆止弁47と、貯湯タンク11から混合部44に流れる湯水の流量であるタンク出湯流量を検出する流量センサ48とが組付けられている。温度センサ46は、第1給湯路41の上流端寄りの位置で第1給湯路41に組付けられており、貯湯タンク11内の上部のうち、第1給湯路41の上流端の接続部近辺の箇所の湯水の温度の検出用の温度センサとしての機能を持つ。
また、第2給湯路42の上流端寄りの箇所(混合部44の近辺箇所)には、混合部44から燃焼式熱源機50に供給される湯水の温度である混合給湯温度を検出する温度センサ49が組付けられている。
また、貯湯タンク11の側面(図示例では外側面)には、複数(例えば3個)の温度センサ12a,12b,12cが、上下方向に間隔を存して装着されている。これらの温度センサ12a,12b,12cは、それぞれの高さ位置近辺での貯湯タンク11内の湯水の温度の検出用の温度センサである。すなわち、温度センサ12aは、貯湯タンク11内の上部の湯水の温度の検出用の温度センサ、温度センサ12bは、貯湯タンク11内の上下方向中間部の湯水の温度の検出用の温度センサ、温度センサ12cは貯湯タンク11内の下部の湯水の温度の検出用の温度センサである。なお、温度センサ12a,12b,12cは、貯湯タンク11の内側面に装着されていてもよい。
燃焼式熱源機50は、入水路51と出湯路52と熱交換器53とバーナ54とを備え、出湯路52が熱交換器53の通水路53aを介して入水路51の下流側に連接されている。そして、入水路51の上流側に第2給湯路42が連接され、出湯路52の下流側に第3給湯路43が連接されている。
さらに、入水路51と出湯路52との間には、入水路51から熱交換器53を経由させずに出湯路52に湯水を流すためのバイパス路55が熱交換器53の通水路53aと並列に接続されている。そして、入水路51とバイパス路55との接続部には、該接続部の上流側の入水路51から流入する湯水を、下流側の入水路51とバイパス路55とに分配し得るように構成された分配弁56が組付けられている。
該分配弁56は、電動式の三方弁等により構成され、上流側の入水路51から下流側の入水路51に流れる湯水の流量(=熱交換器53の通水路53aに流れる湯水の流量)と、上流側の入水路51からバイパス路55に流れる湯水の流量との比率であるバイパス比を可変的に調整し得るように構成されている。
補足すると、上記バイパス比を制御するための弁装置は、上記分配弁56に限られない。例えば、分配弁56の代わりに、バイパス路55と出湯路52との接続部に、上流側の出湯路52から流入する湯水とバイパス路55から流入する湯水とを混合して下流側の出湯路52に流出させ得ると共にその混合比率を調整し得るように構成された電動式の混合弁を組付けて、該混合弁によりバイパス比を調整することも可能である。あるいは、熱交換器53の通水路53aを経由する流路(入水路51とバイパス路55との接続部よりも下流側の入水路51、又は、出湯路52とバイパス路55との接続部よりも上流側の出湯路52)と、バイパス路55のとの両方又は一方に流量制御弁を組付けて、該流量制御弁によりバイパス比を調整することも可能である。
また、燃焼式熱源機50は、出湯路52から第3給湯路43に流れる湯水の温度である熱源機出湯温度を検出する温度センサ57を備える。該温度センサ57は、出湯路52とバイパス路55との接続部よりも下流側の出湯路52に組付けられている。
バーナ54は、例えばガスバーナであり、図示しない燃料供給装置と送風機(ファン)とにより燃料ガスと燃焼用空気とが供給される。そして、バーナ54は、その燃焼運転により発生する燃焼熱(顕熱及び潜熱の一方又は両方)により熱交換器53を加熱し、ひいては、該熱交換器53の通水路53aを流れる湯水を加熱し得るように配置されている。なお、バーナ54はガスバーナに限らず、灯油等の液体燃料を燃焼させるバーナであってもよい。
燃焼式熱源機50は、上記のように構成されているので、給湯回路40の第2給湯路42から供給される湯水の全体又は一部を入水路51から熱交換器53の通水路53a及び出湯路52を経由させて第3給湯路43に供給する(ひいては、給湯対象部に供給する)ことが可能である。このとき、バーナ54の燃焼運転を行うことで、第2給湯路42から供給される湯水を加熱して昇温させることが可能である。さらに、バーナ54の燃料量とバイパス比との両方又は一方を調整することで、熱源機出湯温度を調整することが可能である。
貯湯式給湯システム1は、さらに、該貯湯式給湯システム1の作動制御を行う機能を有する制御装置70を備える。該制御装置70は、例えば、マイコン等のプロセッサ、メモリ、インターフェース回路等を含む1つ以上の電子回路ユニットにより構成される。例えば、制御装置70は、タンクユニット10、ヒートポンプユニット20及び燃焼式熱源機50のそれぞれに各別に搭載され、且つ、相互に通信を行い得る複数の電子回路ユニットの集合体として構成され得る。ただし、制御装置70は、単一構成のものであってもよい。
制御装置70は、貯湯式給湯システム1の運転操作をユーザが行うためのリモコン75と有線又は無線による通信を行うことが可能である。該リモコン75は、複数の操作スイッチを含む操作部75a、貯湯式給湯システム1の運転に関する様々な情報を表示する表示部75b等を含む。
リモコン75の操作部75aの操作によって、給湯対象部への給湯を行う給湯運転のオン/オフ操作、目標給湯温度(詳しくは、熱源機下流給湯温度の目標値)の設定操作等を行うことが可能である。また、リモコン75の表示部75bでは、目標給湯温度の設定値(以降、給湯設定温度という)や、貯湯式給湯システム1の運転状態等を表示することが可能である。
そして、制御装置70は、実装されたハードウェア構成及びプログラム(ソフトウェア構成)により実現される機能によって、タンクユニット10、ヒートポンプユニット20及び燃焼式熱源機50の各制御対象機器の作動制御を行うことが可能である。この場合、タンクユニット10の制御対象機器には混合弁45が含まれ、ヒートポンプユニット20の制御対象機器には、図示しないヒートポンプ動作用の機器(圧縮機、膨張弁等)、湯水の循環用のポンプ等が含まれる。
また、燃焼式熱源機50の制御対象機器には、バーナ54、分配弁56等が含まれる。なお、バーナ54の作動制御は、より詳しくは、図示しない燃料供給装置、送風機(ファン)、及び点火装置の作動制御を通じて行われる。
次に、本実施形態の貯湯式給湯システム1の作動に関して説明する。制御装置70は、貯湯タンク11の湯切れ状態が検知された場合等、所定の条件下で貯湯タンク11の湯水を加熱するように該ヒートポンプユニット20を作動させる。この場合、貯湯タンク11内の湯水の全体又はほぼ全体が所定温度以上(例えば45℃以上)の温度になるようにヒートポンプユニット20の作動制御が行われる。
なお、貯湯タンク11の湯切れ状態は、貯湯タンク11内の所定温度以上の湯量が所定量以下に低下した状態である。そして、貯湯タンク11の湯切れ状態であるか否かは、例えば、貯湯タンク11の側面に装着された温度センサ12a,12b,12cの出力に基づいて判断され得る。
次に、給湯対象部への給湯時の作動を説明する。制御装置70は、給湯対象部の図示しない給湯栓の開栓等によって、給湯対象部への通水(所定流量以上の通水)が開始されると、該通水が停止されるまで、図2のフローチャートに示す処理を実行する。
この場合、給湯対象部への通水が開始されたか否かは、流量センサ36,48によりそれぞれ検出される流量(給水流量及びタンク出湯流量)の総和の流量が第1の所定流量以上(例えば2.4リットル/分以上)になったか否かによって判断される。また、給湯対象部への通水が停止されたか否かは、流量センサ36,48によりそれぞれ検出される流量(給水流量及びタンク出湯流量)の総和の流量が第1の所定流量よりも小さい第2の所定流量以下(例えば1.8リットル/分以下)になったか否かによって判断される。
なお、例えば、上流給水路31、あるいは、第2給湯路42、あるいは、燃焼式熱源機50の入水路51(バイパス路55との接続部よりも上流側の入水路51)、あるいは、燃焼式熱源機50の出湯路52(バイパス路55との接続部よりも下流側の出湯路52)に流量センサが備えられている場合には、該流量センサにより検出される流量に基づいて、給湯対象部への通水が開始されたか否か、及び該通水が停止されたか否かを判断してもよい。
給湯対象部への通水が開始された場合、制御装置70は、STEP1において、タンク内湯温が給湯設定温度以上の温度であるか否かを判断する。この場合、給湯時(給湯対象部への通水時)におけるタンク内湯温としては、本実施形態では、第1給湯路41の温度センサ46で検出される温度(貯湯タンク11から第1給湯路41への出湯温度)が用いられる。ただし、例えば、貯湯タンク11内の上部に温度センサが備えられている場合には、該温度センサにより検出される温度をタンク内湯温として用いてもよい。
STEP1の判断結果が肯定的である場合(タンク内湯温≧給湯設定温度である場合)には、制御装置70は、STEP2において、混合弁45による給湯温度の温調制御を実行する。この温調制御では、制御装置70は、温度センサ49で検出される湯水の温度(混合給湯温度)が給湯設定温度に一致もしくはほぼ一致するように、混合部44における混合比率の目標値を決定し、その目標値に応じて混合弁45を制御する。
この場合、混合比率の目標値は、温度センサ46で検出されるタンク内湯温(貯湯タンク11からの湯水の出湯温度)と、温度センサ37で検出される給水温度(混合部44に供給される給湯用水の温度)と、混合給湯温度(混合部44から下流側に流れる湯水の温度)の目標値とから次式(1)により算出される。そして、混合給湯温度の目標値として、給湯対象部に対する目標給湯温度の設定値である給湯設定温度が用いられる。
混合比率の目標値
=(タンク内湯温-混合給湯温度の目標値)/(タンク内湯温-給水温度)
……(1)
混合比率の目標値
=(タンク内湯温-混合給湯温度の目標値)/(タンク内湯温-給水温度)
……(1)
なお、本実施形態の説明では、混合比率は、混合部44から下流側に流れる湯水の全流量に対する給水流量(混合部44にバイパス給水路33から流入する給湯用水の流量)の比率(=給水流量/全流量)として定義される。
そして、制御装置70は、この混合比率の目標値を実現するように混合弁45のステッピングモータを作動させる。ここで、制御装置70には、混合弁45のステッピングモータの回転角を規定するステップ数と混合比率との関係を示す相関データが演算式又はテーブルデータ等の形態であらかじめ記憶保持されている。この相関データにより示されるステッピングモータのステップ数(回転角)と混合比率との関係は、例えば図3のグラフで示すように、混合比率がステップ数の増加に伴い単調増加する関係である。
そして、制御装置70は、STEP2では、上記相関データを参照しつつ、現在の混合比率に対応するステップ数から目標比率に対応するステップ数までステッピングモータのステップ数を変化させるように該ステッピングモータを作動させる。
これにより、混合比率が目標値になるように混合弁45の作動制御が行われる。ひいては、混合部44で得られる混合給湯温度が給湯設定温度に一致もしくはほぼ一致するように温調制御される。なお、混合比率を、給湯設定温度と温度センサ49で検出される混合給湯温度の検出値との偏差に応じて(該偏差をゼロに近づけるように)、上記目標値から微調整するようにしてもよい。
一方、貯湯タンク11の湯切れ等により、STEP1の判断結果が否定的になる場合(タンク内湯温<給湯設定温度である場合)には、制御装置70は、STEP3において、燃焼式熱源機50による給湯温度の温調制御を実行する。
この温調制御では、制御装置70は、温度センサ49で検出される混合給湯温度が、燃焼式熱源機50の燃焼運転時用の所定の目標温度に一致もしくはほぼ一致するように、混合部44における混合比率の目標値を決定し、その目標値に応じて混合弁45を制御しつつ、バーナ54の燃焼運転を開始させる。
そして、制御装置70は、バーナ54の燃焼運転の開始後、温度センサ57で検出される湯水の温度(熱源機出湯温度)が給湯設定温度に一致もしくはほぼ一致するように、バーナ54の燃焼量及びバイパス比を制御する。この場合、バーナ54の燃焼量の制御は、図示しない燃料供給装置及び送風機(ファン)の作動制御を通じて行われ、バイパス比の制御は、分配弁56の作動制御を通じて行われる。
また、混合給湯温度に関する燃焼運転時用の所定の目標温度は、その温度に温調制御された湯水を燃焼式熱源機50に供給しつつ、バーナ54の燃焼運転を最小燃焼量で行ったと仮定した場合に、熱源機出湯温度が給湯設定温度を超えないように決定される。該所定の目標温度は、例えば、温度センサ46で検出されるタンク内湯温(貯湯タンク11からの湯水の出湯温度)、温度センサ37で検出される給水温度、流量センサ36,48で検出される流量の総和の流量、給湯設定温度等から所定の演算式やマップ等を用いて決定される。
そして、混合給湯温度を上記所定の目標温度に一致もしくはほぼ一致させるための混合比率の目標値が前記式(1)により決定され、その目標値に応じて混合弁45を制御する。この場合、混合給湯温度の目標値として、上記の燃焼運転時用の目標温度が用いられる。そして、混合比率の目標値に応じた混合弁45の制御は、STEP2と同様に行われる。
これにより、混合比率が目標値になるように混合弁45の作動制御が行われる。ひいては、混合部44で得られる混合給湯温度が燃焼運転時用の目標温度に一致もしくはほぼ一致するように温調制御される。そして、燃焼式熱源機50のバーナ54の燃焼量及びバイパス比の制御によって、熱源機出湯温度が給湯設定温度に一致もしくはほぼ一致するように温調制御される。
次に、給湯対象部への給湯の停止中における作動を説明する。給湯の停止中において、制御装置70は、図4のフローチャートに示す処理を実行することで、混合弁45の作動制御を行う。STEP11において、制御装置70は、貯湯タンク11が湯切れ状態であるか否かを判断することを逐次実行する。この判断結果が否定的である場合(湯切れ状態でない場合)には、制御装置70はSTEP12において、混合給湯温度の目標値として給湯設定温度を設定する。
また、STEP11の判断結果が肯定的である場合(湯切れ状態である場合)には、制御装置70はSTEP13において、混合給湯温度の目標値として、燃焼運転時用の目標温度を設定する。ただし、この場合の燃焼運転時用の目標温度は、前回の燃焼給湯(燃焼式熱源機50のバーナ54の燃焼運転を行いながらの給湯)の終了直前に決定された目標温度(前記STEP3の温調制御で決定された燃焼運転時用の目標温度)である。
STEP12又は13の処理に続くSTEP14において、制御装置70は、上記の如く決定した混合給湯温度の目標値と、タンク内湯温の検出値と、給水温度の検出値とから、前記式(1)の演算により、混合部44での混合比率の目標値を決定する。この場合、タンク湯温の検出値としては、第1給湯路41の温度センサ46で検出される温度と、貯湯タンク11の側面の上部の温度センサ12aで検出される温度とのうちの高い方の温度の検出値が用いられる。また、給水温度の検出値としては、温度センサ37で検出される温度が用いられる。
ここで、給湯の停止中において、温度センサ46で検出される温度は、貯湯タンク11内湯水の温度の分布状態や、ヒートポンプユニット20による貯湯タンク11内の湯水の加熱状態等の影響で、給湯開始時に貯湯タンク11から出湯する湯水の温度と同一もしくはほぼ同一の温度になるとは限らない。
また、給湯の停止中において、貯湯タンク11の側面の上部の温度センサ12aで検出される温度は、貯湯タンク11内の湯水の温度の分布状態や、貯湯タンク11内の空気、ヒートポンプユニット20による貯湯タンク11内の湯水の加熱状態等の影響で、給湯開始時に貯湯タンク11から出湯する湯水の温度と同一もしくはほぼ同一の温度になるとは限らない。
また、式(1)におけるタンク内湯温として、実際の温度よりも低い温度を用いると、混合比率の目標値が適正な目標値よりも小さくなり、ひいては、給湯対象部への給湯温度が給湯設定温度よりも高くなってしまう。
そこで、本実施形態では、制御装置70は、給湯の停止中でのタンク湯温の検出値として、温度センサ46で検出される温度と、温度センサ12aで検出される温度とのうちの高い方の温度の検出値を用いて、混合比率の目標値を決定する。なお、本実施形態では、温度センサ12aが本発明における第1温度センサに相当し、温度センサ46が本発明における第2温度センサに相当する。
そして、制御装置70は、次に、STEP15において、混合弁45のステッピングモータのステップ数と、混合比率との関係を示す相関データを参照しつつ、ステッピングモータのステップ数に対応する混合比率とSTEP14で決定した目標値との差の絶対値が所定の閾値th以下の範囲内に収まるまで、ステッピングモータのステップ数を変化させる。これにより、混合部44での混合比率が目標値に一致もしくはほぼ一致するように制御される。以後、STEP11からの処理が繰り返される。
本実施形態では、給湯の停止中における混合弁45の作動制御が、以上説明した如く行われるので、給湯の停止中におけるタンク内湯温の変化や、給湯設定温度の変更の有無によらずに、給湯対象部への給湯の開始直前における混合弁45の作動状態(ステッピングモータのステップ数)は、給湯の開始時に要求される混合比率に対応する作動状態に一致もしくはほぼ一致する作動状態になる。
このため、給湯対象部への給湯の開始直後から速やかに混合比率を目標値に制御することができる。ひいては、混合部44から下流側に供給される湯水の温度を、給湯対象部に給湯設定温度の湯水を供給する上で適切な目標温度に制御することができる。
また、給湯の停止中に、混合比率の目標値を決定するために用いるタンク内湯温の検出値として、温度センサ46,12aで検出される温度のうちの高い方の温度を用いることで、混合部44で得られる混合給湯温度が、目標温度よりも高い温度になってしまうのを、極力回避することができる。
なお、本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、他の実施形態を採用することもできる。以下に他の実施形態をいくつか例示する。前記実施形態では、給湯回路40は、給湯対象部への給湯時に、給湯対象部に供給される湯水が常に、燃焼式熱源機50を経由するように構成されているが、湯水を第2給湯路42から燃焼式熱源機50をバイパスさせて第3給湯路43に流すバイパス流路を備えていてもよい。
また、前記実施形態では、給湯時又は給湯の停止時に、本発明における第2温度センサによる温度検出値に相当するタンク内湯温の検出値として、第1給湯路41の上流端部寄りの箇所の組付けられた温度センサ46による検出値を用いたが、例えば、貯湯タンク11内の上部に温度センサを備える場合には、該温度センサによる温度の検出値を、温度センサ46による検出値の代わりのタンク内湯温の検出値として用いてもよい。
また、前記実施形態では、給湯の停止時に、混合比率の目標値を決定するためのタンク内湯温の検出値として、温度センサ46により検出された温度と温度センサ12aにより検出された温度とのうちの高い方の温度を用いたが、例えば、温度センサ46により検出された温度のみをタンク内湯温の検出値として用いて、あるいは、貯湯タンク11内の上部に備えた温度センサによる温度の検出値だけをタンク内湯温の検出値として用いて、混合比率の目標値を決定することも可能である。
また、前記実施形態では、貯湯タンク11内の湯水を加熱する加熱装置として、ヒートポンプユニット20を用いたが、該加熱装置は、他の種類の加熱装置であってもよい。例えば、該加熱装置は、燃焼式の加熱装置、あるいは、燃料電池等を熱源として用いる加熱装置等であってもよい。また、前記実施形態では、燃焼式熱源機50を備える貯湯式給湯システム1を例示したが、本発明における貯湯式給湯システムは、燃焼式熱源機を備えないシステムであってもよい。
1…貯湯式給湯システム、11…貯湯タンク、20…ヒートポンプユニット(加熱装置)、44…混合部、70…制御装置、12a…温度センサ(第1温度センサ)、46…温度センサ(第2温度センサ)。
Claims (3)
- 加熱装置により加熱された湯水を貯える貯湯タンクと、前記貯湯タンクから出湯する湯水であるタンク出湯湯水に給湯用水を混合させ得ると共に、該タンク出湯湯水と該給湯用水との混合比率を調整し得るように該貯湯タンクに接続された混合部と、前記混合比率を制御する機能を有する制御装置とを備え、前記貯湯タンクから前記混合部を介して給湯対象部に給湯し得るように構成されていると共に、前記制御装置が、前記給湯対象部への給湯時に、前記混合部で得られる湯水の温度が所定の目標温度になるように前記混合比率を制御する機能を有するように構成された貯湯式給湯システムであって、
前記制御装置は、前記給湯対象部への給湯の停止中に、前記貯湯タンク内の湯水の温度であるタンク内湯温の観測値と、前記給湯用水の温度である給水温度の観測値とを取得し、該タンク内湯温の観測値と該給水温度の観測値と前記所定の目標温度とから、前記給湯対象部への給湯を開始したときに前記混合部で得られる湯水の温度が前記所定の目標温度になるように、前記混合比率の目標値を決定する処理と、当該決定した目標値に前記混合比率を制御する処理とを逐次実行するように構成されていることを特徴とする貯湯式給湯システム。 - 請求項1記載の貯湯式給湯システムにおいて、
前記混合部は、前記貯湯タンクの上部から該貯湯タンク内の湯水が供給されるように該貯湯タンクに接続されており、
前記貯湯タンク内の湯水の温度の検出用の温度センサとして、該貯湯タンクの上部の側面に装着された第1温度センサと、該貯湯タンクに前記混合部を接続する流路の上流端寄りの箇所又は該貯湯タンク内の上部に配置された第2温度センサとを備えており、
前記制御装置は、前記給湯対象部への給湯の停止中に、前記タンク内湯温の観測値として、前記第1温度センサによる温度検出値と、前記第2温度センサによる温度検出値とのうち、高い方の温度検出値を用いて前記混合比率の目標値を決定するように構成されていることを特徴とする貯湯式給湯システム。 - 請求項2記載の貯湯式給湯システムにおいて、
前記制御装置は、前記給湯対象部への給湯時には、前記第1温度センサ及び前記第2温度センサのうち、前記第1温度センサによる温度検出値を用いずに、前記第2温度センサによる温度検出値を用いて前記混合比率を制御するように構成されていることを特徴とする貯湯式給湯システム。
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