JP2529500B2 - 給湯制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、入水口に連通する入水
路が、水加熱用の熱交換器を備えた被加熱路と、前記熱
交換器を迂回するバイパス路とに分岐され、前記被加熱
路と前記バイパス路との夫々の下流側が出湯口に連通す
る出湯路に接続され、前記熱交換器に対して加熱作用す
る加熱手段と、前記被加熱路と前記バイパス路との水量
の分配率を調節する分配率調節手段と、前記出湯路にお
ける目標出湯温度を設定する目標温度設定手段と、前記
出湯路における出湯温度が前記目標出湯温度になるよう
に前記加熱手段と前記分配率調節手段の作動を制御する
制御手段とが設けられている給湯制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】上記のような給湯制御装置では、一般的
に、熱交換器の出口湯温をドレンが発生しない温度（所
定温度）に維持すべく加熱手段の加熱量を調節してい
る。そして、従来、分配率調節手段は、入水温と熱交換
器の出口湯温とに基づいて目標出湯温度に対応する分配
率に調節されるようになっていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】上記のような給湯制御
装置において、比較的短時間に給湯を断続した場合等に
は、図５に示すように、出湯開始時に後沸きによって熱
交換器の出口湯温が所定温度より高くなり、その後低く
なる現象を生じる。つまり、上記従来技術では、出湯開
始時にいわゆる「冷水サンドイッチ現象」を生じて、使
用者が不便を感じる虞がある。本発明の目的は、上記従
来欠点を解消して、出湯開始時にも安定した温度の湯を
供給できる給湯性能の優れた給湯制御装置を得る点にあ
る。

【０００４】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するた
め、本発明による給湯制御装置の第１の特徴構成は、給
湯運転開始時における複数種の運転情報に基づいて、前
記熱交換器の出口温度の前記目標出湯温度に対するオー
バーシュート量並びにそのピーク到達時間を予測するオ
ーバーシュート用の第１予測手段と、 給湯運転開始時に
おける複数種の運転情報に基づいて、前記出口温度の前
記目標出湯温度に対するアンダーシュート量並びにその
ピーク到達時間を予測するアンダーシュート用の第２予
測手段が設けられ、前記制御手段は、給湯運転開始時に
おける前記各予測手段の情報に基づいて、前記出湯温度
が安定するように、前記分配率調節手段の作動を制御す
るように構成されている点にある。

【０００５】第２の特徴構成は、前記オーバーシュート
予測用の複数の運転情報が、給湯の中断時間と、給湯中
断前の前記熱交換器に対する加熱量と、前記目標出湯温
度とを含むものであり、 前記アンダーシュート予測用の
複数の運転情報が、給湯の中断時間と、入水温度、前記
入水路への入水量の情報を含むものである点にある。

【０００６】第３の特徴構成は、前記各予測手段がニュ
ーラルネットワークにて構成されている点にある。

【０００７】

【作用】第１の特徴構成における作用は以下の通りであ
る。給湯開始時の熱交換器の出口湯温は、例えば、図５
に示すように変化するものであり、この湯温変化におけ
る、オーバーシュート量Δ１、アンダーシュート量Δ
２、及び、これらのピーク到達時間ΔＴ１，ΔＴ２等
は、給湯開始時の運転情報に基づいて変化すると考えら
れる。そこで、給湯運転開始時における複数種の運転情
報に基づいて、第１予測手段によって、熱交換器の出口
温度のオーバーシュート量とそのピーク到達時間が予測
されると共に、給湯運転開始時における複数種の運転情
報に基づいて、第２予測手段によって、熱交換器の出口
温度のアンダーシュート量とそのピーク到達時間が予測
される。 そして、各予測手段にて予測された情報に基づ
いて、予測された熱交換器の出口湯温の変化から、被加
熱路とバイパス路との水量の分配率が、出湯温度が安定
するための適正な値になるように、分配率調節手段の作
動が制御されることになる。

【０００８】第２の特徴構成における作用は以下の通り
である。第１予測手段は、給湯の中断時間、給湯中断前
の熱交換器に対する加熱量、目標出湯温度等の各情報に
基づいて、オーバーシュート量及びそのピーク到達時間
を予測する。つまり、これらの各情報は、後沸きによる
オーバーシュートに最も影響を与える要素であると考え
られることから、正確なオーバーシュート情報を予測す
ることができる。 又、第２予測手段は、給湯の中断時
間、入水温度、入水路への入水量等の各情報に基づい
て、アンダーシュート量及びそのピーク到達時間を予測
する。つまり、給湯の中断時間と、入水温度、入水路へ
の入水量等の各情報は、後沸きの後に湯温が低くなるア
ンダーシュートに最も影響を与える要素であると考えら
れることから、これらの情報に基づいて、正確なアンダ
ーシュート情報を予測することができる。

【０００９】第３の特徴構成における作用は以下の通り
である。上記オーバーシュートやアンダーシュートは、
上述したような各種の運転情報に関する条件が複雑に絡
むと考えられ、それらと湯温変化との相関を正確に判別
することは難しいので、ニューラルネットワークを利用
して、前記各情報に基づいて湯温変化を繰り返し学習す
ることで、より正確な湯温変化情報を予測することがで
きる。

【００１０】第１の特徴構成では、給湯開始時の熱交換
器の出口温度の変化を予測して、分配率調節手段を制御
することにより、出湯開始時の冷水サンドイッチ現象等
を抑制して、目標出湯温度に近くしかも安定した出湯温
度の湯を供給できる。又、冷水サンドイッチ現象のう
ち、発生要因が異なると考えられるオーバーシュートと
アンダーシュートの夫々を各別に異なる予測手段を用い
て予測する構成することで、それらを単一の予測手段に
て予測する構成に較べて、構成を簡素なもので済ませる
ことができる。 更に、湯温変化を予測する場合に、湯温
の変化を逐次予測することも考えられるが、本発明で
は、オーバーシュート量やアンダーシュート量及びそれ
らのピーク到達時間という、湯温変化を抑制するための
分配率の調節に適した情報を予測する構成とすること
で、適切に出湯温度を安定化させるための分配率の調節
が可能となるものでありながら、湯温の変化を逐次予測
するような複雑な予測手段に較べて簡単な構成で済ませ
ることができる。

【００１１】第２の特徴構成では、オーバーシュートや
アンダーシュートを、夫々の発生要因として大きく影響
を与えると考えられる情報に基づいて、夫々の湯温変化
をより適切な状態で予測することができる。

【００１２】第３の特徴構成では、ニューラルネットワ
ークを利用することによって、湯温変化をより精度よく
予測することが可能となる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明
する。図１に示すように、入水口１２から供給される水
を加熱して給湯栓５に供給する給湯部Ａと、給湯部Ａを
制御する制御部Ｃと、その制御部Ｃに対して指令を与え
るリモートコントローラＲとが設けられている。

【００１４】給湯部Ａには、水加熱用の熱交換器１と、
その熱交換器１に対して加熱作用する加熱手段としての
バーナ２と、点火プラグ１５とが設けられている。又、
入水口１２に連通する入水路Ｗ１が、水加熱用の熱交換
器１を備えた被加熱路Ｗ２と、熱交換器１を迂回するバ
イパス路Ｗ３とに分岐されている。又、被加熱路Ｗ２と
バイパス路Ｗ３の夫々の下流側が、出湯口１３に連通す
る出湯路Ｗ４に接続されている。入水路Ｗ１には、入水
路Ｗ１における水量Ｑｏを検出する水量センサＳ１と入
水路Ｗ１に供給される入水温Ｔｉを検出する水温サーミ
スタＳ２が、被加熱路Ｗ２には、熱交換器１の出口湯温
Ｔｏを検出する出口サーミスタＳ３が、被加熱路Ｗ２と
バイパス路Ｗ３と出湯路Ｗ４の接続箇所には、被加熱路
Ｗ２とバイパス路Ｗ３との水量の分配率ｋを調節する分
配率調節手段としてのミキシングバルブ３が、出湯路Ｗ
４には、出湯路Ｗ４の出湯温度Ｔｍを検出する湯温サー
ミスタＳ４が夫々介装されている。バーナ２への燃料供
給路Ｇ１には、電磁式の遮断弁９，１０、及び、燃料供
給量を調節する調節弁１１が介装されている。

【００１５】ミキシングバルブ３は、図７に示すよう
に、ギア機構３６を介して駆動モータ３４と連動連結さ
れた昇降部３３を備えている。この昇降部３３を昇降さ
せることによって被加熱路Ｗ２とバイパス路Ｗ３との水
量の分配率を調節できるようになっている。尚、分配率
ｋとモータ回転角との対応関係が予め設定記憶されてい
る。

【００１６】リモートコントローラＲには、図１に示す
ように、運転スイッチ６と、出湯路Ｗ４における目標出
湯温度Ｔｓを設定する目標温度設定手段としての目標温
度設定器７と、目標出湯温度表示器８が備えられてい
る。

【００１７】制御部Ｃには、水量センサＳ１、水温サー
ミスタＳ２、出口サーミスタＳ３、湯温サーミスタＳ
４、時計２０、及び、リモートコントローラＲの夫々が
接続されている。そして、制御部Ｃは、予め設定記憶さ
れた情報及び各種の入力情報に基づいて、出湯路Ｗ４に
おける出湯温度Ｔｍが目標出湯温度Ｔｓになるように、
遮断弁９、１０、調節弁１１、点火プラグ１５、及び、
駆動モータ３４の作動を制御するように構成されてい
る。即ち、制御部Ｃを利用して、制御手段１００が構成
されている。又、制御部Ｃは、給湯開始時の熱交換器１
の出口湯温Ｔｏの変化を予測する予測手段としてのニュ
ーラルネットワークＮを備えている。

【００１８】ニューラルネットワークＮの構成について
説明する。ニューラルネットワークＮは、図２に示す出
口湯温のオーバーシュート量Δ１とそのピーク到達時間
ΔＴ１を予測する第１予測手段としての第１ニューラル
ネットワークＮ１と、図３に示すアンダーシュート量Δ
２とそのピーク到達時間ΔＴ２と継続時間ΔＴ３を予測
する第２予測手段としての第２ニューラルネットワーク
Ｎ２とを備えている（図５参照）。いずれのニューラル
ネットワークＮ１，Ｎ２も教師信号ｄｉ，ｄｊを元にし
たバックプロパゲーション法を用いた多層型に構成され
ている。第１ニューラルネットワークＮ１は、給湯の中
断時間Ｚｘ、中断前の熱交換器２に対する加熱量Ｉｘ、
及び、目標出湯温度Ｔｓを入力信号とし、オーバーシュ
ート量Δ１とそのピーク到達時間ΔＴ１を出力信号とす
る。一方、第２ニューラルネットワークＮ２は、給湯の
中断時間Ｚｘ、プレパージ時間Ｚｐ、目標出湯温度Ｔ
ｓ、及び、入水温Ｔｉを入力信号とし、アンダーシュー
ト量Δ２とそのピーク到達時間ΔＴ２と継続時間ΔＴ３
を出力信号とする。

【００１９】バーナ２とミキシングバルブ３の制御（給
湯温度制御）について説明を加える。給湯温度制御に
は、通常モードと予測モードとがある。先ず、バーナ２
の加熱量Ｉｐは、熱交換器１の出口湯温Ｔｏが所定温度
（ここでは７０度）になるように定められる。つまり、
数１に基づいて求められる。尚、バーナ２の加熱量Ｉｐ
は、通常モードでも予測モードでも同一である。

【００２０】

【数１】 Ｉｐ＝Ｋａ×（７０−Ｔｉ）×Ｑｏ／（ｋｏ＋１） ＋Ｋｐ×（７０−Ｔｏ）＋Ｋｉ×∫（７０−Ｔｏ）ｄｔ

【００２１】ここで、ＫａとＫｐとＫｉは定数、ｋｏは
数２で定められる分配率である。

【００２２】

【数２】 ｋｏ＝（Ｑｏ−Ｑ２）／Ｑ２＝（７０−Ｔｓ）／（Ｔｓ−Ｔｉ）

【００２３】ここで、Ｑ２は被加熱路Ｗ２の水量であ
る。

【００２４】次に、ミキシングバルブ３の制御について
説明する。ミキシングバルブ３の制御は、出湯開始から
前記継続時間ΔＴ３経過するまでは予測モード、前記継
続時間ΔＴ３経過以降は通常モードとなる。予測モード
では、先ず給湯の中断時間Ｚｘ等の情報から図５に示す
オーバーシュート量Δ１、アンダーシュート量Δ２等を
求める。次に、オーバーシュートとアンダーシュート夫
々のピークに対応する分配率ｋ１，ｋ２を求める。分配
率ｋ１，ｋ２は夫々数３、数４に基づいて決定される。

【００２５】

【数３】ｋ１＝（７０＋Δ１−Ｔｓ）／（Ｔｓ−Ｔｉ）

【００２６】

【数４】ｋ２＝（７０−Δ２−Ｔｓ）／（Ｔｓ−Ｔｉ）

【００２７】図６に示すように、出湯開始からピーク到
達時間ΔＴ１に達するまでは分配率をｋ１とする。次
に、ピーク到達時間ΔＴ２に達したときに分配率がｋ２
に達するように駆動モータ３４の速度を調節しながら分
配率ｋを変更する。更に、継続時間ΔＴ３に達したとき
に分配率がｋｏに達するように駆動モータ３４の速度を
調節しながら分配率ｋを変更する。尚、給湯停止中に
は、適時分配率ｋ１を演算し、予めその分配率ｋ１に対
応するように駆動モータ３４を制御する。

【００２８】通常モードでは、分配率ｋを数５に基づい
て決定する。

【００２９】

【数５】ｋ＝（７０−Ｔｓ）／（Ｔｓ−Ｔｉ） ＋Ｋｑ×（Ｔｍ−Ｔｓ）＋Ｋｊ×∫（Ｔｍ−Ｔｓ）ｄｔ

【００３０】ここで、ＫｑとＫｊは定数である。

【００３１】次に、図４に示すフローチャートに基づい
て、制御部Ｃの作動について説明を加える。先ず、運転
スイッチ６の情報に基づいて給湯の要否が判別され、給
湯不要の場合には、現在まで給湯中であるか否か判別さ
れる。現在まで給湯中でない場合にはそのままリターン
する。又、現在まで給湯中である場合には、消火処理を
実行した後にリターンする。給湯要が判別された場合に
は、水量センサＳ１の情報に基づいて給湯栓５が開であ
るか否か判別される。給湯栓５が閉の場合には、現在ま
で給湯中であるか否か判別され、現在まで給湯中でない
場合にはそのままリターンし、現在まで給湯中である場
合には、消火処理を実行した後にリターンする。前述の
判別で給湯栓５が開であることが判別されると、点火中
であるか否か判別されることになり、点火中でない場合
にのみ、バーナ２に着火する点火処理が実行される。点
火してから、継続時間ΔＴ３経過したか否か判別され
る。経過していないときは予測モード、経過したときは
通常モードとなる。そして、バーナ２とミキシングバル
ブ３の作動を制御する上述の給湯温度制御が実行され
る。尚、給湯停止中には、適時分配率ｋ１を演算し、予
めその分配率ｋ１に対応するように調節する。

【００３２】〔別実施例〕上記実施例では、バーナの加
熱量Ｉｐを数１に基づいて求めたが、数６で求めてもよ
い。

【００３３】

【数６】Ｉｐ＝Ｋａ×（Ｔｓ−Ｔｉ）×Ｑｏ ＋Ｋｐ×（Ｔｓ−Ｔｍ）＋Ｋｉ×∫（Ｔｓ−Ｔｍ）ｄｔ

【００３４】このとき、通常モードにおける分配率ｋを
数７に基づいて決定する。予測モードにおける分配率ｋ
１，ｋ２は数３及び数４をそのまま使用する。

【００３５】

【数７】ｋ＝（７０−Ｔｓ）／（Ｔｓ−Ｔｉ）

【００３６】上記実施例では、出湯開始時のみニューラ
ルネットワークによる予測制御を行っていたが、常に予
測制御を行うようにしてもよい。上記実施例では、第１
予測手段、第２予測手段の夫々をニューラルネットワー
クで構成したが、例えば、ファジー制御等の他の手段に
よって予測手段を構成してもよい。

【００３７】尚、特許請求の範囲の項に図面との対照を
便利にする為に符号を記すが、該記入により本発明は添
付図面の構成に限定されるものではない。

【図面の簡単な説明】

【図１】制御構成のブロック図

【図２】ニューラルネットワークの構成図

【図３】ニューラルネットワークの構成図

【図４】制御作動のフローチャート

【図５】熱交換器の出口湯温の一例を示す説明図

【図６】予測モードにおける分配率の目標の一例を示す
説明図

【図７】ミキシングバルブの正面図

【符号の説明】

１ 熱交換器 ２ 加熱手段 ３ 分配率調節手段 ７ 目標温度設定手段 １２ 入水口 １３ 出湯口 １００ 制御手段Ｉｘ 加熱量 Ｎ １ 第１予測手段 Ｎ２ 第２予測手段 Ｑｏ 入水量 Ｔｉ 入水温度 Ｔｍ 出湯温度 Ｔｏ 出口湯温 Ｔｓ 目標出湯温度 Ｗ１ 入水路 Ｗ２ 被加熱路 Ｗ３ バイパス路 Ｗ４ 出湯路 ｋ 分配率 Ｚｘ 中断時間Δ１ オーバーシュート量 Δ２ アンダーシュート量 ΔＴ１，ΔＴ２ ピーク到達時間

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 入水口（１２）に連通する入水路（Ｗ
   １）が、水加熱用の熱交換器（１）を備えた被加熱路
   （Ｗ２）と、前記熱交換器（１）を迂回するバイパス路
   （Ｗ３）とに分岐され、前記被加熱路（Ｗ２）と前記バ
   イパス路（Ｗ３）との夫々の下流側が出湯口（１３）に
   連通する出湯路（Ｗ４）に接続され、前記熱交換器
   （１）に対して加熱作用する加熱手段（２）と、前記被
   加熱路（Ｗ２）と前記バイパス路（Ｗ３）との水量の分
   配率（ｋ）を調節する分配率調節手段（３）と、前記出
   湯路（Ｗ４）における目標出湯温度（Ｔｓ）を設定する
   目標温度設定手段（７）と、前記出湯路（Ｗ４）におけ
   る出湯温度（Ｔｍ）が前記目標出湯温度（Ｔｓ）になる
   ように前記加熱手段（２）と前記分配率調節手段（３）
   の作動を制御する制御手段（１００）が設けられている
   給湯制御装置であって、給湯運転開始時における複数種の運転情報に基づいて、
   前記熱交換器（１）の出口温度（Ｔｍ）の前記目標出湯
   温度（Ｔｓ）に対するオーバーシュート量（Δ１）並び
   にそのピーク到達時間（ΔＴ１）を予測するオーバーシ
   ュート用の第１予測手段（Ｎ１）と、 給湯運転開始時における複数種の運転情報に基づいて、
   前記出口温度（Ｔｍ）の前記目標出湯温度（Ｔｓ）に対
   するアンダーシュート量（Δ２）並びにそのピーク到達
   時間（ΔＴ２）を予測するアンダーシュート用の第２予
   測手段（Ｎ２）が設けられ、 前記制御手段（１００）は、給湯運転開始時における前
   記各予測手段（Ｎ１），（Ｎ２）の情報に基づいて、前
   記出湯温度（Ｔｍ）が安定するように、前記分配率調節
   手段（３）の作動を制御するように構成されている給湯
   制御装置。
2. 【請求項２】 前記オーバーシュート予測用の複数の運
   転情報が、給湯の中断時間（Ｚｘ）と、給湯中断前の前
   記熱交換器（１）に対する加熱量（Ｉｘ）と、前記目標
   出湯温度（Ｔｓ）とを含むものであり、 前記アンダーシュート予測用の複数の運転情報が、給湯
   の中断時間（Ｚｘ）と、入水温度（Ｔｉ）、前記入水路
   （Ｗ１）への入水量（Ｑｏ）の情報を含むものである 請
   求項１記載の給湯制御装置。
3. 【請求項３】 前記各予測手段（Ｎ１），（Ｎ２）がニ
   ューラルネットワークにて構成されている請求項１又は
   ２記載の給湯制御装置。