JP3767937B2 - 給湯器付き風呂釜 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、給湯器用の給湯熱交換器と浴槽の水を追焚する風呂熱交換器とを備えた給湯器付き風呂釜に係り、浴槽内の残水量の演算を確実に且つ正確に行なうことができる風呂釜に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来の給湯器付き風呂釜では、風呂用のバーナーに風呂用の電磁弁を接続し、給湯用のバーナーに給湯用の電磁弁を接続し、両電磁弁に共通に比例弁を接続して、元ガス電磁弁からのガス量を制御している。このように、比較的能力の大きい比例弁を共通に設けることでコストダウンを図ることができると同時に、比例弁の開閉制御を利用して所望の温度の給湯を可能にすることができる。また、比例弁のガバナー機能を利用して一定の圧力のガスを風呂バーナーに供給することもできる。
【0003】
一方、近年においては、給湯器付き風呂釜の多機能化に伴い、設定温度の湯を設定水位まで注湯する自動湯はり機能を持つものが販売されている。このような機能を実現するためには、浴槽に残っている水量を検知した上で残りの水量を演算して注湯する必要がある。その場合、コストアップにつながる圧力センサー等を使用することなく、浴槽内の残水量を測定する方法として、風呂バーナーからの追焚を行い残水の温度が所定温度上昇した時の投入熱量を測定し、風呂釜のシステム効率などを参照して演算することが提案されている。
【0004】
かかる演算式は、
残水量(Qz)=(I×Δt)×ηs /(ΔT×c×γ)
Qz:残水量(リットル)
I :燃焼量(Kcal/h)
Δt:追焚時間(h)
I×Δt:投入熱量(Kcal)
ηs :システム効率
(I×Δt)ηs:供給熱量(Kcal)
ΔT:上昇温度(℃)
c :水の比熱(Kcal/Kg・℃)
γ :水の比重(Kg/リットル)
である。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
図8に、追焚き運転を行いシステム効率を一定にしてその残水量を上記の式に従って演算した結果を、また図9にその残水量のグラフを示す。追焚きの開始温度が21.6℃で、演算手段であるマイクロコンピュータが検知する0.7℃の上昇毎に、システム効率を77%固定にして演算したものである。この追焚き運転を行う前に所定時間かけて風呂側のバーナを燃焼させて熱交換器や配管系等を十分温めてから、図8のデータを取得した。また、投入熱量は、0.7℃上昇する度にかかった時間と燃焼量を乗じて得たものである。
【0006】
図8から明らかな通り、システム効率を一定にして残水量の演算を行うと、演算時の浴槽からの戻り湯の温度が上昇するに従って演算結果が上昇している。この原因は必ずしも確かではないが、例えば風呂側の熱交換器の効率が、戻り湯の温度によって多少変化することなどが予想される。図8の結果から現実的には、21.6℃の残り湯の状態から、設定温度を38.5℃にした時に、設定温度まで追焚きして求めた残水量が124リットルであるのに対して、設定温度を41.4℃にした時の残水量が125.6リットルであるという現象が予想される。
【0007】
図10は、今度は追焚きの終了温度を41.4℃と一定にし、追焚きの開始温度を21.6℃から40.3℃まで変化させた場合の残水量演算結果である。簡単の為に、代表的な開始温度についてのみ示している。この結果からも明らかな通り、システム効率を一定にして演算すると、追焚きの開始温度が上昇するに従って、残水量の演算結果も上昇する。この点は、現実的には、21.6℃の残り湯の状態から追焚きする場合と、35℃の残り湯の状態から追焚きする場合とでは、残水量の演算結果が約11リットルも異なることを意味する。
【0008】
そこで、本発明の目的は、残水量の演算を追焚きの開始温度または終了温度に依存せずに正確に求めることができる給湯器付き風呂釜を提供することにある。
【0009】
また、本発明の目的は、追焚きの開始または終了温度に応じてシステム効率を適宜選択して演算を行うことにより、正確に残水量を求めることができる給湯器付き風呂釜を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】
上記目的は、第一の発明によれば、風呂熱交換器と、給湯熱交換器と、該風呂熱交換器に熱量を投入する風呂側熱量投入手段と、該給湯熱交換器に熱量を投入する給湯側熱量投入手段とを有する給湯器付き風呂釜において、前記風呂側熱量投入手段から熱量を投入することで追焚して浴槽内の残水に熱量を供給し、所定の温度上昇した時の供給熱量と当該上昇温度から前記残水の量を演算するにあたり、該追焚の開始温度及びまたは終了温度に応じてシステム効率を選択し、該投入した熱量に当該選択したシステム効率を乗じて得られる供給熱量に従って該残水量の演算を行う制御部を有することを特徴とする給湯器付き風呂釜を提供することにより達成される。
【0011】
また、このシステム効率は、具体的には追焚の開始温度と終了温度に応じたシステム効率の値を選択することが考えられる。例えば、簡易的には両者の平均値を採用することも考えられる。
【0012】
更に、残水量の演算を浴槽内の残水の温度が所定の単位温度上昇する毎に、該残水量の演算を行なうようにする場合には、その温度の上昇時の温度に応じてシステム効率を選択することが望ましい。
【0013】
このように温度に応じてシステム効率を選択することで、温度に依存せず一定量の残水量を選択することができる。この温度に応じたシステム効率は、例えば工場出荷時にマイクロコンピュータ内の記憶装置内にテーブルとして記憶させておくことが考えられる。また、所定の演算式に従ってその都度追焚き開始または終了温度に応じたシステム効率を求めることも考えられる。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。しかしながら、本発明の技術的範囲がその実施の形態に限定されるものではないことは明らかである。
【0015】
[給湯器付き風呂釜の概要]
図6は、本発明の実施の形態の給湯器付き風呂釜の全体構成図である。給湯器付き風呂釜100には、風呂燃焼室1と給湯燃焼室2とが設けられ、それぞれの燃焼室には、風呂熱交換機10と給湯熱交換機20が設けられている。さらに燃焼室には、熱量投入手段としての風呂バーナー11と給湯バーナー21、風呂イグナイター13と給湯イグナイター23、風呂フレームロッド14と給湯フレームロッド24が設けられている。また両燃焼室1、2に対して共通の燃焼ファン30が設けられており、それぞれで燃焼した空気は排気口を通じて排気される。燃焼ファン30により供給される風量は、風量センサ42により検出されて、燃焼制御のパラメータとして利用される。
【0016】
風呂バーナー11、給湯バーナー21へのガスの供給をオン・オフ制御する風呂電磁弁12、給湯電磁弁22が設けられ、それらの電磁弁12、22に対して共通に燃料制御手段として比例弁31、元ガス電磁弁32が設けられている。これらの電磁弁や比例弁、イグナイター、フレームロッド、燃焼ファン、更に後述する各種センサー等は、電装基板41に搭載されるマイクロコンピュータ等の制御部(後で説明)により制御される。また、制御部は浴室や台所のリモコン40に接続され、メモリに記憶されたプログラムに従って操作信号を受信し制御信号を出力する。
【0017】
給湯器側の動作の概略は以下の通りである。まず、給湯栓が開かれると水量センサー25が給水28の流量を感知し、燃焼ファン30によるプリパージの後、給湯イグナイター23の放電と共に元ガス電磁弁32、比例弁31、給湯電磁弁22が開き給湯バーナー21が着火し、所定温度の湯が給湯口29から供給される。給湯温度を設定温度に保つために、入水サーミスタ26、出湯サーミスタ27及び水量センサー25の出力から演算された値に比例弁31の電磁弁駆動電流が制御され、燃焼ファン30の回転が制御される。
【0018】
一方、風呂側では、元ガス電磁弁32、比例弁31、風呂電磁弁12を開くことで、風呂バーナー11を燃焼させ、循環ポンプ17により浴槽43内の湯を循環させながら追焚運転を行っている。44は、往き管18と戻り管19と浴槽43を接続する取り付け金具である。
【0019】
自動湯はり運転では、残水がある場合はその残水量を演算し、設定水量に足りない分については、給湯側の燃焼で得られた湯を注湯電磁弁34を開くことで風呂側の循環通路に供給し、往き管18と戻り管19経由で浴槽に設定した温度での注湯を行っている。
【0020】
[残水量演算]
図1は、追焚きの終了温度毎にシステム効率を適宜選択した場合の残水量の演算結果を示す図表である。そして、図2に終了温度に対する残水量の演算結果をグラフに示した。図1に示した通り、追焚きの終了温度に応じてシステム効率を適宜変更して選択することにより、終了温度に依存せず一定の残水量の演算結果を得ることができる。図2のグラフに示される通りである。
【0021】
図3は、図10に対する図表であり、追焚きの開始温度毎にシステム効率を適宜選択した場合の残水量の演算結果を示す。開始温度の上昇に伴ってシステム効率を減少させることで、演算によって得られる残水量は一定の値になる。
【0022】
上記の図1及び図3は、追焚きの開始温度または終了温度の何れかを固定して得られたシステム効率のテーブルである。そこで、開始温度と終了温度が異なる組み合わせを例えば図1と図3から抽出する。例えば、
(1)図1:開始温度21.6℃ 終了温度37.9℃(16.3℃上昇)
(2)図3:開始温度25℃ 終了温度41.4℃(16.4℃上昇)
上記(1)の場合には、終了温度に従って効率75%とすると残水量は119リットルとなり、(2)の場合には、開始温度に従って効率71%とすると同様に119リットルとなる。一方、(1)の場合に、開始温度に従って図3の73%を採用したり、(2)の場合に終了温度に従って図1の73%を採用すると、その演算結果は異なる値になる。
【0023】
従って、開始温度と終了温度をそれぞれ変化させた場合の組み合わせにおいて、全ての組み合わせで残水量が一定になるようシステム効率を適宜変化させることが更に望ましい。その場合、工場出荷段階で各風呂釜毎にかかるシステム効率のテーブルを求めておいて、制御装置内の記憶装置内に記憶させておくことで実現することができる。
【0024】
また、簡略的に行なう場合として、図1の終了温度に対応するシステム効率と、図3の開始温度に対応するシステム効率との平均値を演算により求めて採用することも考えられる。
【0025】
[残水演算のフローチャート]
図4は、本発明による残水量の演算の追焚運転のフローチャート図の第一の例である。図4中の浴槽43内に循環金具44まで残水があることが確認された後、残水量演算のための追焚き運転が行われる。追焚き運転の開始に伴いその時の開始温度Taを測定して記憶しておく(ステップ51,52)。そして、一定時間Δt経過するか又は一定温度ΔT上昇するまで追焚きを続ける(ステップ53,54)。追焚き運転を終了した時点での、終了温度Tbを測定して記憶するか又は経過時間Δtを測定して記憶する(ステップ55)。
【0026】
その後の残水量の演算に先立って、追焚き運転の開始温度Ta及びまたは終了温度Tb=Ta+ΔTに従った最適のシステム効率ηを選択する(ステップ56)。この選択は、制御装置内のマイクロコンピュータ内の記憶装置、またはそれの外付けの不揮発性のROM等に記憶させたテーブルから選択してくる。或いは、予め設定した演算式から求めてもよい。このようにして選択してきたシステム効率ηを使用して残水量Qzの演算を前述した数式に従って行う(ステップ57)。最適のシステム効率は、例えば風呂釜の機種毎に予め設計段階で求められておくことが適切である。
【0027】
図5は、第二の例のフローチャート図である。この例が上記の第一の例と異なる点は、残水量演算の追焚が開始されて残水の温度が所定の単位温度上昇する毎に残水量の演算を行なう点である。即ち、開始温度Taの時点から設定温度Tsになる時点までの間、温度が単位温度上昇する毎にそれまでの投入熱量、温度上昇時の温度に対応するシステム効率η及び上昇温度から残水量の演算を行なうのである。
【0028】
ここで、所定の単位温度は、設計者により任意に決められる単位温度でよい。最も望ましいのは、デジタル信号により各種の演算処理を行なうマイクロコンピュータよりなる制御部内での、デジタル化された残水温度の1デジット分を単位温度にすることである。そうすることで、別途本出願人から出願している明細書に記載された通り(特願平7−225491、平成7年9月1日出願)、温度のデジタル値が1デジット上昇した時点から更に別の1デジット上昇した時点までの供給熱量と上昇温度を利用することにより、より正確な残水量の演算を行なうことができる。
【0029】
次に図5のフローチャート図に従って、残水演算の追焚運転について説明する。浴槽43内の取付け金具44より上まで残水があることが確認され、残水の温度が設定温度付近より低いことが確認された後、図5の残水量演算のための追焚き運転に入る。先ず、循環ポンプ17をオンにし風呂バーナー11をオンにして追焚きを開始する(ステップ72)。
【0030】
そして、マイクロコンピュータよりなる制御部(後述)内での風呂サーミスタ16からの出力のデジタル信号が、1デジット上昇するのを待つ(ステップ73)。これは既に説明した通り、正確な温度上昇を測定するために、デジタル値が1デジット上昇した時点から温度の上昇と供給熱量の測定を始めるのである。そこで、ステップ74にて、開始温度Taを記憶し、演算により残水量が確定するのに最低必要な上昇温度T1を加えた温度Tθを演算し、追焚き時間の計測を開始する。
【0031】
ステップ75から84が、残水量演算の為の追焚き運転のフローである。このフローの中では、浴槽温度が設定温度Tsより低い間に(ステップ76)、浴槽温度が最低必要な上昇温度Tθまで上昇したかどうか(ステップ78)の判定が行われる。そして、浴槽温度がTθを越えた後、浴槽温度が1デジット上昇して(ステップ79)区切りの良い時点で、その時の浴槽温度を測定しTbとする(ステップ80)。そして、温度Tbに従うシステム効率ηをテーブルから選択して残水量Qzの演算を行う(ステップ81)。
【0032】
ステップ82では、浴槽温度Tbと最初の浴槽温度Taとの差が、最大上昇温度TMAX に達したかどうかのチェックが行われる。もし、達したとすると、正確な残水量の演算に十分必要な温度の上昇があったことを意味し、追焚きを中止し(ステップ84)、適宜設定水量までの注湯を開始する。この点については、本出願人から別途出願した特願平7−226781号(平成7年9月4日出願)に詳しく説明してあるが、追焚バーナーの燃焼能力が低い場合に、ある程度温度が上昇して正確な残水量が演算により得られた後は、一気に注湯側から残りの湯を注湯することで湯はり運転の時間を短くするためである。
【0033】
ステップ82が省略されても、本発明を利用していることに違いはない。その場合は、浴槽内の残水の温度が設定温度になるまで(ステップ76)、単位温度上昇する度に上記した残水量の演算が行なわれることになる。
【0034】
上記の追焚き運転中に、浴槽の温度が設定温度付近よりも高くなると、ステップ77にて追焚きを終了することになる。そしてステップ75で追焚きを終了し、上昇温度が最低上昇温度T1あったかどうかのチェックが行われ(ステップ85)、T1に満たない場合は、残水量の演算が行なわれておらず残水量が不確定として残水フラグを1にする(ステップ87)。また、最低上昇温度T1以上の上昇があった場合でも、注湯量が注湯最小値(例えば数リットル)に満たない場合も、残水フラグを1にする。
【0035】
ステップ82にて最大上昇温度TMAX まで上昇していることが確認され、注湯量が最低注湯量以上の場合は、残水フラグが0にされる(ステップ88)。また、最大上昇温度TMAX まで上昇しない内に浴槽温度が設定温度Tsまで上昇した場合(ステップ75でYES)であって、最低上昇温度T1以上の追焚きが行われていた場合(ステップ85でYES)にも、残水フラグが0にされる。この残水フラグが0にされることは、残水量が確定していると制御部が認識していることを意味する。そして残水フラグが0の場合にはその後設定水量までの注湯が行われる。尚、残水フラグが1の場合は、残水量は不確定として注湯は行われず、自動湯はり運転は終了する。
【0036】
尚、上記のステップ81では、上昇時の浴槽の温度Tbに従って得られたシステム効率を使用して残水への供給熱量を演算している。別の手段としては、図8等に示した通り、熱交換器に戻ってくる湯の温度に応じてシステム効率が変化していることから、温度が上昇する度に単位時間毎の供給熱量を投入熱量とその時の温度に従うシステム効率から演算し積算する方法がある。その場合に、風呂バーナー11からの投入熱量が変動する場合には、その変動も正確に積算演算に含めることができる。
【0037】
上記の一連の動作フローは、電装基板41に搭載されたマイクロコンピュータからなる制御部80内のメモリに記憶された動作プログラムに従って制御される。図7は、その制御部80の構成の概略と各センサやスイッチとの関係を示すブロック図である。
【0038】
制御部80は、一般的な8ビットのマイクロコンピュータで構成され、内部は、CPU81、レジスタ82、書換え可能な記憶装置(RAM)83、読み出し専用の記憶装置(ROM)84とインターフェース86とが、共通のバス85を介して互いに接続されている。また、電装基板41には、電気的に書換え可能な読み出し専用メモリ(EEPROM)87も搭載され、制御部41に接続されている。
上記の動作を制御する動作プログラムはROM84内に記憶されている。また、追焚きの開始温度に応じたシステム効率のテーブル、終了温度に応じたシステム効率のテーブル、または開始及び終了温度の組み合わせに応じたシステム効率のテーブル等が外付けのROM87に記憶される。こうすることで、燃焼機種に応じて外付けROM87のみ変更するだけで、マイクロコンピュータは共通に使用することができる。動作プログラムに応じて制御するマイクロコンピュータ80内の動作は、一般的に知られたものと同じであり、ここでの説明を省略する。
【0039】
尚、本発明の実施の形態を、ガスを使ったバーナーによる熱量の供給をする場合で説明したが、本発明では、燃料はガスに限定されず、灯油や軽油等でも適用でき、その場合は比例弁の代わりに電磁ポンプが使用される。また、熱量の供給手段として、熱交換機の回りに触媒層を設けそれにガスと空気を供給することで直接熱量を供給する場合でも本発明は適用できる。
【0040】
【発明の効果】
以上説明した通り、本発明によれば、追焚き運転を行って残水量の演算を行うにあたり、追焚きの開始温度または終了温度、或いは両方の温度に応じた最適のシステム効率を選択して残水への供給熱量を求めるようにしている。従って、温度に依存することなく一定の残水量を求めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に従う追焚きの終了温度と残水量演算結果を示す図表である。
【図2】図1の終了温度と残水量演算値の関係を示すグラフである。
【図3】本発明に従う追焚きの開始温度と残水量演算結果を示す図表である。
【図4】本発明による残水量演算の追焚き運転のフローチャート(1)である。
【図5】本発明による残水量演算の追焚き運転のフローチャート(2)である。
【図6】本発明の実施の形態の風呂釜の全体構成図である。
【図7】制御部のブロック図である。
【図8】従来技術の追焚きの終了温度と残水量演算結果を示す図表である。
【図9】図8の終了温度と残水量演算値の関係を示すグラフである。
【図10】従来技術の追焚きの開始温度と残水量演算結果を示す図表である。
【符号の説明】
10 風呂熱交換器
11 風呂バーナー(風呂熱量投入手段)
20 給湯熱交換器
21 給湯バーナー(給湯熱量投入手段)
31 比例弁
41 電装基板
43 浴槽
80 制御部
Claims (3)
- 風呂熱交換器と、給湯熱交換器と、
該風呂熱交換器に熱量を投入する風呂側熱量投入手段と、
該給湯熱交換器に熱量を投入する給湯側熱量投入手段とを有する給湯器付き風呂釜において、
前記風呂側熱量投入手段から熱量を投入することで追焚して浴槽内の残水に熱量を供給し、温度上昇した時の供給熱量と当該上昇温度から前記残水の量を演算するにあたり、該追焚の開始温度及びまたは終了温度に応じてシステム効率を選択し、該投入した熱量に当該選択したシステム効率を乗じて得られる供給熱量に従って該残水量の演算を行う制御部を有することを特徴とする給湯器付き風呂釜。 - 請求項1において、
該制御部は、前記追焚の開始温度と終了温度に応じたシステム効率の値を選択することを特徴とする給湯器付き風呂釜。 - 風呂熱交換器と、給湯熱交換器と、
該風呂熱交換器に熱量を投入する風呂側熱量投入手段と、
該給湯熱交換器に熱量を投入する給湯側熱量投入手段とを有する給湯器付き風呂釜において、
前記風呂側熱量投入手段から熱量を投入することで追焚して浴槽内の残水に熱量を供給し、温度上昇した時の供給熱量と当該上昇温度から前記残水の量を演算するにあたり、該浴槽内の残水の温度が所定の単位温度上昇する毎に、該残水量の演算を行なうようにし、更に当該上昇時の温度に応じてシステム効率を選択し、該投入した熱量に当該選択したシステム効率を乗じて得られる供給熱量に従って該残水量の演算を行う制御部を有することを特徴とする給湯器付き風呂釜。
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