JP3744355B2

JP3744355B2 - 給湯装置

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Publication number: JP3744355B2
Application number: JP2001003350A
Authority: JP
Inventors: 誠治三輪
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2001-01-11
Filing date: 2001-01-11
Publication date: 2006-02-08
Anticipated expiration: 2021-01-11
Also published as: JP2002206804A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、温水と冷水とを混合して設定温度の湯を給湯する給湯装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
温水と冷水とを混合して設定温度の湯を給湯する給湯器が従来より知られている。
例えば、従来技術１の給湯器では、図４に示す給湯フロー｛ステップＳ１〜Ｓ８｝を用いて温調弁を制御している。
一定流量以上の出湯を検出｛ステップＳ１でＹＥＳ｝すると、給水温度、熱源温度、設定温度、既に分かっている温調弁の開度- 出湯温度特性から適正開度（フィードフォワード；ＦＦ）を計算｛ステップＳ３｝し、先ず、ＦＦ値の開度まで温調弁を開く動作を行って｛ステップＳ５｝出湯温度の立ち上がり速度を早めている。
その後、給湯温度サーミスタと設定温度との偏差をなくす様な補正制御（フィードバック制御；ＦＢ）に移行｛ステップＳ８｝する。
【０００３】
また、特許第２６２１９６８号公報（従来技術２）には、サーモワックス式の混合弁を用い、設定温度を出湯初期から所定時間だけ定常出湯時の設定温度よりも低くする制御が記載されている。
これにより、出湯初期における高温度の温水の出湯を防止することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術１、２は、以下の課題を有する。
従来技術１の給湯器は、図３の破線に示す様な出湯温度立ち上がり特性を示すことがあり、給湯初期（図３では略２秒後）に出湯する高温度の温水により使用者の手が火傷する虞がある。
【０００５】
これは、温調弁が１秒程度で適正開度に到達して補正制御に移行した時にスタート時点での温水配管の温水の温度が低下していたために補正制御により湯側開度が増加し、その後、貯湯タンク内の高温度の温水が急に温調弁に流入してくるので、温調制御が急激な熱源変動に追従できないためオーバーシュート現象が生じる。
この出湯温度立ち上がり特性は、給水配管内の冷水の温度や温水配管内の温水の温度によって異なり、且つ放置時間や気温等により左右されて大きく変化する。
【０００６】
また、従来技術２の給湯器では、出湯する湯の流量によって配管内の温水（温度は不定）を吐き出す時間が異なるので、低流量時には効果が十分に得られないという課題を有する。
本発明の目的は、出湯温度立ち上がり特性の改善を図った給湯装置の提供にある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１、４、５について〕
電動式の冷温水混合弁は、温水導入口、冷水導入口、および湯出口を有する。
温水配管は、高温の温水が供給可能な温水供給源に一端を接続し、冷温水混合弁の温水導入口に他端を接続している。
【０００８】
給水配管は、給水源に一端を接続し、冷温水混合弁の冷水導入口に他端を接続している。
給湯配管は、冷温水混合弁の湯出口に一端を接続し、出湯口に他端を接続している。
【０００９】
制御器は、温水配管を流れる温水の流量を検出し、出湯が開始すると、少なくとも、温水配管の管内容積に相当する量の温水が温水配管を流れる迄、冷温水混合弁をフィードフォワード制御し、所定の分配度合にして、出湯温度を短時間で設定温度に立ち上げる。
フィードフォワード制御は、例えば、給水温度、温水温度、設定温度、および冷温水混合弁の分配度合- 出湯温度特性から演算して求めた分配度合に冷温水混合弁を固定して行う( 請求項４に対応) 。
【００１０】
制御器がフィードフォワード制御を行う期間は、例えば、出湯開始から、温水配管の管内容積と、給湯配管を流れる湯水の検出給湯流量とから算出される温水配管内湯水の排出所要時間が経過する迄である（請求項５に対応）。
【００１１】
上記のようにフィードフォワード制御を用いることにより、温水供給源から急に高温の温水が流入して来た際にも急激な給湯温度変化を起こすことなく、オーバーシュート現象が起きるのを防止することができる。
【００１２】
そして、少なくとも、温水配管の管内容積に相当する量の温水が温水配管を流れると温水配管を流れる温水の温度が安定するので、制御器が冷温水混合弁をフィードバック制御に切り換える。
フィードバック制御は、例えば、検出給湯温度が設定温度になる様に冷温水混合弁の分配度合を調整して行う（請求項４に対応）。これにより、設定温度の湯が出湯口から吐出する。
【００１３】
〔請求項２、３、４、５について〕
貯湯タンクは、貯湯側に給湯用の湯を貯湯する。
電動式の冷温水混合弁は、温水導入口、冷水導入口、および湯出口を有する。
温水配管は、貯湯タンクの貯湯側に一端を接続し、冷温水混合弁の温水導入口に他端を接続している。
【００１４】
第１の給水配管は、給水源に一端を接続し、他端を冷温水混合弁の冷水導入口に接続している。
第２の給水配管は、第１の給水配管の途中に一端を接続し、貯湯タンクの給水側に他端を接続している。
給湯配管は、冷温水混合弁の湯出口に一端を接続し、出湯口に他端を接続している。
【００１５】
請求項２の構成の場合、制御器は、温水配管を流れる温水の流量を検出し、出湯が開始すると、少なくとも、温水配管の管内容積＋第１の給水配管の管内容積に相当する量の湯水が給湯配管を流れる迄、冷温水混合弁をフィードフォワード制御し、所定の分配度合にして、出湯温度を短時間で設定温度に立ち上げる。
制御器がフィードフォワード制御を行う期間は、例えば、出湯開始から、温水配管の管内容積＋第１の給水配管の管内容積と、給湯配管を流れる湯の検出給湯流量とから算出される温水配管内の湯水＋第１の給水配管内の湯水の排出所要時間が経過する迄である( 請求項５に対応) 。
【００１６】
請求項３の構成の場合、制御器は、温水配管を流れる温水の流量、及び第１の給水配管を流れる温水の流量を検出し、出湯が開始すると、温水配管の管内容積に相当する量の湯水が温水配管を流れ、且つ第１の給水配管の管内容積に相当する量の温水が第１の給水配管を流れるのを検出する迄、冷温水混合弁をフィードフォワード制御し、所定の分配度合にして、出湯温度を短時間で設定温度に立ち上げる。
【００１７】
フィードフォワード制御は、例えば、給水温度、温水温度、設定温度、および冷温水混合弁の分配度合- 出湯温度特性から演算して求めた分配度合に冷温水混合弁を固定する（請求項４に対応）。
上記のようにフィードフォワード制御を用いることにより、温水供給源から急に高温の温水が流入して来た際にも急激な給湯温度変化を起こすことなく、オーバーシュート現象が起きるのを防止することができる。
【００１８】
そして、温水配管の管内容積に相当する量の温水が温水配管を流れ、且つ第１の給水配管の管内容積に相当する量の温水が第１の給水配管を流れると温水配管を流れる温水の温度が安定するので、制御器が冷温水混合弁をフィードバック制御に切り換える。
フィードバック制御は、例えば、検出給湯温度が設定温度になる様に冷温水混合弁の分配度合を調整して行う（請求項４に対応）。これにより、設定温度の湯が出湯口から吐出する。
【００１９】
【発明の実施の形態】
本発明の第１実施例（請求項２、４に対応）を、図１〜図３に基づいて説明する。
図１において、Ｋは給湯装置である。また、１は温水作製装置、ここではヒートポンプユニットであり、電動コンプレッサにより二酸化炭素等の冷媒を圧縮し、その凝縮熱で水を加熱して最高９０℃の温水を作る。
このヒートポンプユニット１は、入水配管１１を介して貯湯タンクの下方から冷水を取り込み、出湯配管１２を介して貯湯タンクの上方に作成した湯を送り込んでいる。
【００２０】
２は約３００リットル（満タン時）の温水が貯湯可能な貯湯タンクであり、給湯用の湯を上方（貯湯側）から貯湯していき、ヒートポンプユニット１の約６時間の運転により、満タンになる。
３は冷温水混合弁であり、冷水導入口３１、温水導入口３２、および湯出口３３を有する。
４は温水配管であり、貯湯タンク２の上方に一端４１を接続し、冷温水混合弁３の温水導入口３２に他端４２を接続している。
この温水配管４には、逃がし弁４３１を介設した逃がし配管４３が接続されている。
【００２１】
５は第１の給水配管であり、減圧弁５０に一端５１を接続し、他端５２を冷温水混合弁３の冷水導入口３１に接続している。
６は第２の給水配管であり、第１の給水配管５の途中に一端６１を接続し、貯湯タンク２の下方に他端６２を接続している。
【００２２】
７は給湯配管であり、冷温水混合弁３の湯出口３３に一端７１を接続し、出湯口７０に他端７２を接続している。
【００２３】
８は制御器であり、ヒートポンプユニット１、および冷温水混合弁３の分配度合を制御する。
この制御器８には、温水温度検出用のサーミスタ８１、給水温度検出用のサーミスタ８２、給湯温度検出用のサーミスタ８３、および使用湯量を検出する流量カウンタ８４の各センサ出力が入力される。
【００２４】
つぎに、給湯装置Ｋの制御器８の作動（温調制御）を図２のフローチャートに基づいて説明する。
ステップｓ１で、流量カウンタ８４の計測値に基づき、出湯流量≧１．５リットル／分であるか否かを検出し、出湯流量≧１．５リットル／分である場合（ＹＥＳ）には、給湯有りと判定してステップｓ２に進み、出湯流量＜１．５リットル／分である場合（ＮＯ）、ステップｓ１１に進む。すなわち、制御器８は、温水配管４を流れる温水の流量の検出を開始する。
【００２５】
ステップｓ２で、給水温度検出用のサーミスタ８２が検出する給水温度、温水温度検出用のサーミスタ８１が検出する温水温度、出湯設定器（図示せず）で設定した設定温度、および既に判っている冷温水混合弁３の分配度合- 出湯温度特性から冷温水混合弁の分配度合（ＦＦ値）を算出する。
【００２６】
ステップｓ３で、冷温水混合弁３の分配度合を上記ＦＦ値に設定する。
ステップｓ４で、冷温水混合弁３の分配度合がＦＦ値になったか否かを判別し、分配度合が未だＦＦ値になっていない場合（ＮＯ）にはステップｓ５に進み、ＦＦ値になっている場合（ＹＥＳ）にはステップｓ６に進む。
【００２７】
ステップｓ５で、流量カウンタ８４の計測値に基づき、出湯流量≧１．５リットル／分であるか否かを検出し、出湯流量≧１．５リットル／分である場合（ＹＥＳ）にはステップｓ４に戻り、出湯流量＜１．５リットル／分である場合（ＮＯ）にはステップｓ１に戻る。
【００２８】
ステップｓ６（冷温水混合弁３の分配度合がＦＦ値になった時点）で、流量累積カウンタをリセットし、流量累積の計測を開始する。すなわち、制御器８は、温水配管４を流れる温水の流量の検出に加えて、第１の給水配管５を流れる温水の流量を検出し始める。
ステップｓ７で、流量累積カウンタ≧０．５リットルであるか否かを判別し、流量累積カウンタ＜０．５リットルである場合（ＮＯ）には、ステップｓ８に進み、流量累積カウンタ≧０．５リットルである場合（ＹＥＳ）には、ステップｓ９に進む。なお、０．５リットルは、温水配管４の管内容積と第１の給水配管５の管内容積とを合わせた容積に相当する。
【００２９】
ステップｓ８で、流量カウンタ８４の計測値に基づき、出湯流量≧１．５リットル／分であるか否かを検出し、出湯流量≧１．５リットル／分である場合（ＹＥＳ）にはステップｓ７に戻り、出湯流量＜１．５リットル／分である場合（ＮＯ）にはステップｓ１に戻る。
【００３０】
ステップｓ９で、流量カウンタ８４の計測値に基づき、出湯流量≧１．５リットル／分であるか否かを検出し、出湯流量≧１．５リットル／分である場合（ＹＥＳ）にはステップｓ１０に進み、出湯流量＜１．５リットル／分である場合（ＮＯ）にはステップｓ１に戻る。
【００３１】
ステップｓ１０で、給湯温度検出用のサーミスタ８３が検出する検出給湯温度が設定温度になる様に冷温水混合弁３の分配度合をフィードバック制御（ＦＢ制御）する。
【００３２】
つぎに、給湯装置Ｋの利点を述べる。
［ア］給湯装置Ｋは、出湯が開始する（出湯流量≧１．５リットル／分）と、温水配管４の管内容積＋第１の給水配管５の管内容積（０．５リットル）に相当する量の湯水が給湯配管７を流れる迄、給水温度、温水温度、設定温度、および冷温水混合弁３の分配度合- 出湯温度特性から演算して求めた分配度合に冷温水混合弁３を制御器８がフィードフォワード制御する構成である。
【００３３】
このフィードフォワード制御を用いているので、図３の実線に示すごとく、貯湯タンク２から急に高温の温水が流入して来た際にも急激な給湯温度変化を起こすことなく、出湯初期の期間（１秒〜４秒の間）にオーバーシュート現象が起きるのを防止することができるので給湯装置Ｋは使い勝手が良い。
【００３４】
そして、０．５リットルの湯水が給湯配管７を流れると給湯配管７を流れる温水の温度が安定するので、検出給湯温度が設定温度になる様に冷温水混合弁３の分配度合を調整して行うフィードバック制御に切り換える。
これにより、出湯初期の期間の終了後（４秒後以降）も設定温度の湯が出湯口７０から吐出する。
【００３５】
［イ］第１の給水配管５は途中で第２の給水配管６に分岐しており、且つ冷温水混合弁３が所定の分配度合に設定されるので、温水配管４の管内容積と第１の給水配管５の管内容積とを合わせた容積に相当する０．５リットルが給湯配管７を流れた時点で、概ね、給湯時に温水配管４内に残留している温水、および給湯時に第１の給水配管５内に残留している冷水は全て排出されて入れ替わっている。
【００３６】
つまり、流量累積の計測を行う流量カウンタ８４の流量累積カウンタが０．５リットルに到達していることを確認するという簡単な構成で、給湯時に温水配管４内に残留している温水、および給湯時に第１の給水配管５内に残留している冷水は全て排出されて入れ替わっていることになる。すなわち、温水配管４を流れる温水の流量の検出とともに、第１の給水配管５を流れる温水の流量を検出している。この際、流量累積カウンタが０．５リットルに到達していることを確認するという簡単な構成で済むので、給湯装置Ｋを安価に製造することができる。
【００３７】
本発明は、上記実施例以外に、つぎの実施態様を含む。
ａ．給湯装置Ｋにおいて、制御器８は、温水配管４の管内容積に相当する量の温水が温水配管４を流れ、且つ第１の給水配管５の管内容積に相当する量の温水が第１の給水配管５を流れるのを検出する迄、冷温水混合弁３をフィードフォワード制御し、所定の分配度合にして、出湯温度を短時間で設定温度に立ち上げる構成であっても良い（請求項３に対応）。
温水配管４の管内容積に相当する量の温水が温水配管４を流れ、且つ第１の給水配管５の管内容積に相当する量の温水が第１の給水配管５を流れた時点が正確に特定できるので、速やかにフィードバック制御に移行することができる。
【００３８】
なお、温水配管４の管内容積に相当する量の温水が温水配管４を流れ、且つ第１の給水配管５の管内容積に相当する量の温水が第１の給水配管５を流れたか否かの検出は、下記の様にして行う。
流量カウンタ８４の流量累積カウンタにより給湯配管７を流れた湯水の流量が判る。
【００３９】
冷温水混合弁３の分配度合によって、温水配管４および第１の給水配管５内を流れる湯水の流量割合が算出できる。
これにより、温水配管４を流れる湯の流量が判り、第１の給水配管５内を流れる湯水の流量が判る。
【００４０】
ｂ．給湯装置Ｋにおいて、温水配管４の管内容積＋第１の給水配管５の管内容積と、流量カウンタ８４の流量累積カウンタによる給湯量とから、管内湯水の排出所要時間を予め算出しておき、出湯開始（例えば、出湯流量≧１．５リットル／分）からその排出所要時間が経過した時点で制御器８がフィードフォワード制御を終了してフィードバック制御に移行する構成であっても良い（請求項５に対応）。
【００４１】
ｃ．温水配管の一端が高温の温水が供給可能な給湯器（温水供給源）に接続され、他端が冷温水混合弁の温水導入口に接続されている場合には、給水配管に温水が混じらないので、出湯が開始すると、給湯装置の制御器は、少なくとも、温水配管の管内容積に相当する量の温水が温水配管を流れる迄、冷温水混合弁をフィードフォワード制御し、その後、フィードバック制御に切り換える構成であっても良い（請求項１に対応）。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例に係る給湯装置の説明図である。
【図２】その給湯装置の作動を示すフローチャートである。
【図３】本発明の給湯装置および従来の給湯装置において、経過時間と出湯温度との関係を示すグラフである。
【図４】従来の給湯器の作動を示すフローチャートである。
【符号の説明】
Ｋ給湯装置
２貯湯タンク
３冷温水混合弁
４温水配管
５第１の給水配管（給水配管）
６第２の給水配管（給水配管）
７給湯配管
８制御器
３１冷水導入口
３２温水導入口
３３湯出口
４１、５１、６１、７１一端
４２、５２、６２、７２他端
５０減圧弁（給水源）
７０出湯口

Claims

温水導入口、冷水導入口、および湯出口を有する電動式の冷温水混合弁と、
高温の温水が供給可能な温水供給源に一端を接続し、前記冷温水混合弁の前記温水導入口に他端を接続した温水配管と、
給水源に一端を接続し、前記冷温水混合弁の前記冷水導入口に他端を接続した前記給水配管と、
前記冷温水混合弁の前記湯出口に一端を接続し、出湯口に他端を接続した給湯配管と、
給湯温度が設定温度になる様に、前記冷温水混合弁の分配度合を制御する制御器とを備える給湯装置において、
前記制御器は、前記温水配管を流れる温水の流量を検出し、
出湯が開始すると、少なくとも、前記温水配管の管内容積に相当する量の温水が前記温水配管を流れる迄、前記冷温水混合弁をフィードフォワード制御し、
その後、フィードバック制御に切り換えることを特徴とする給湯装置。
貯湯側に給湯用の湯を貯湯する貯湯タンクと、
温水導入口、冷水導入口、および湯出口を有する電動式の冷温水混合弁と、
前記貯湯タンクの前記貯湯側に一端を接続し、前記冷温水混合弁の前記温水導入口に他端を接続した温水配管と、
給水源に一端を接続し、他端を前記冷温水混合弁の前記冷水導入口に接続した第１の給水配管と、
該第１の給水配管の途中に一端を接続し、前記貯湯タンクの給水側に他端を接続した第２の給水配管と、
前記冷温水混合弁の前記湯出口に一端を接続し、出湯口に他端を接続した給湯配管と、
給湯温度が設定温度になる様に、前記冷温水混合弁の分配度合を制御する制御器とを備える給湯装置において、
前記制御器は、前記温水配管を流れる温水の流量を検出し、
出湯が開始すると、少なくとも、前記温水配管の管内容積と前記第１の給水配管の管内容積とを合わせた容積に相当する量の湯水が前記給湯配管を流れる迄、前記冷温水混合弁をフィードフォワード制御し、
その後、フィードバック制御に切り換えることを特徴とする給湯装置。
貯湯側に給湯用の湯を貯湯する貯湯タンクと、
温水導入口、冷水導入口、および湯出口を有する電動式の冷温水混合弁と、
前記貯湯タンクの前記貯湯側に一端を接続し、前記冷温水混合弁の前記温水導入口に他端を接続した温水配管と、
給水源に一端を接続し、他端を前記冷温水混合弁の前記冷水導入口に接続した第１の給水配管と、
該第１の給水配管の途中に一端を接続し、前記貯湯タンクの給水側に他端を接続した第２の給水配管と、
前記冷温水混合弁の前記湯出口に一端を接続し、出湯口に他端を接続した給湯配管と、
給湯温度が設定温度になる様に、前記冷温水混合弁の分配度合を制御する制御器とを備える給湯装置において、
前記制御器は、前記温水配管を流れる温水の流量、及び前記第１の給水配管を流れる温水の流量を検出し、
出湯が開始すると、前記温水配管の管内容積に相当する量の湯水が前記温水配管を流れ、且つ前記第１の給水配管の管内容積に相当する量の温水が前記第１の給水配管を流れるのを検出する迄、前記冷温水混合弁をフィードフォワード制御し、
その後、フィードバック制御に切り換えることを特徴とする給湯装置。
前記フィードフォワード制御は、給水温度、温水温度、設定温度、および前記冷温水混合弁の分配度合- 出湯温度特性から演算して求めた分配度合に前記冷温水混合弁を固定し、
前記フィードバック制御は、検出給湯温度が設定温度になる様に前記冷温水混合弁の分配度合を調整することを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れかに記載の給湯装置。
前記制御器がフィードフォワード制御を行う期間は、出湯開始から、対象となる管内容積と、前記給湯配管を流れる湯水の検出給湯流量とから算出される管内湯水の排出所要時間が経過する迄であることを特徴とする請求項１、請求項２、又は請求項４の何れかに記載の給湯装置。