JP3784469B2

JP3784469B2 - 風呂装置

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Publication number: JP3784469B2
Application number: JP23318596A
Authority: JP
Inventors: 信吉三井
Original assignee: Takagi Industrial Co Ltd
Current assignee: Takagi Industrial Co Ltd
Priority date: 1996-09-03
Filing date: 1996-09-03
Publication date: 2006-06-14
Anticipated expiration: 2016-09-03
Also published as: JPH1078261A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は浴槽の湯水の温度および水位を制御する風呂装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
風呂装置には、追焚装置の循環経路に設けた水位センサの検出値に基づき浴槽に給湯装置からの湯水を補給して水位を制御するものが使用されているが、この浴槽における設定水位は入浴者にとって入浴における感覚的な目安であって、この感覚的目安を損なわない程度の水位制御として、水位センサを用いずに、水位が不足するときには浴槽内の湯水を追焚装置にて加熱して、その上昇温度、加熱時間、加熱能力、設定水位（水量）より浴槽内の残水量と設定水位（水量）との差を演算して、浴槽内に不足する水位に相当する水量を給湯装置により補給する風呂装置が使用されてきている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前述の風呂装置による水位制御において、入浴者の感覚的な水位の許容範囲からわずかに外れて制御されることがしばしば発生し、この水位を許容範囲に戻すべく入浴者によって水位の設定の変更が行われ、この水位変更に伴う水位制御の結果、ますます感覚的な許容範囲から逸脱し、水位制御の信頼性が失われる。すなわち、水位の設定値自体が入浴者の水位感覚とかけ離れたものとなりスムースな水位変更を行うことができなくなる。
【０００４】
そこで、本発明は、水位センサを用いないで最適な水位制御を行ない、必要に応じてその水位制御のキャンセルを可能にし、入浴者が希望する水位を迅速かつ容易に実現できる風呂装置を提供することを目的とする。
【０００５】
本発明の風呂装置は、浴槽の湯水を循環経路を通して循環させて前記湯水を加熱する追焚制御モードと、上水を加熱して前記循環経路を介して前記浴槽に供給する給湯制御モードとを選択的に設定する制御手段を備え、前記浴槽に残水がある場合に前記追焚制御モードに移行して前記浴槽の湯水を加熱し、加熱開始から所定時間経過後の前記湯水の温度を検出し、この検出温度が設定温度より所定温度だけ低いしきい温度以上の場合は、前記設定温度まで沸き上げ、前記検出温度が前記しきい温度未満の場合は、前記しきい温度から前記設定温度まで沸き上げる間において、上昇温度とその上昇に要した時間とその時間の加熱量を用いて前記浴槽内の水量を演算し、この演算結果を用いて前記給湯制御モードに移行して前記浴槽の水位を制御するようにしたことを特徴とする。
【０００６】
また、本発明の風呂装置は、熱源の熱により浴槽の湯水を加熱する熱交換器と、前記浴槽に対する給水を調整する給水弁と、前記浴槽の湯水の温度を検出する温度検出手段と、前記温度検出手段の検出温度により、前記熱交換器又は前記給水弁の制御をする制御手段とを備え、前記制御手段が、前記熱交換器により前記浴槽の湯水を所定時間だけ加熱し、加熱開始から前記所定時間経過後の検出温度が設定温度より所定温度だけ低いしきい温度未満であれば、そのしきい温度から前記設定温度までの加熱時間を計測し、前記湯水の上昇温度及び加熱時間を用いて前記浴槽内の水量を演算し、この演算結果を用いて前記給水弁を制御して前記浴槽の水位制御を行い、前記所定時間の加熱で前記湯水の検出温度が前記しきい温度以上に上昇した場合には、前記水位制御を解除し、前記熱交換器により、前記浴槽内の湯水を加熱して前記設定温度まで沸き上げることを特徴とする。
【０００７】
浴槽の湯水を追焚きすると、浴槽に還流された温水のもつ熱量により浴槽内の湯水は緩やかに昇温していき、ある程度熱量が蓄積すると、その湯水の上昇温度勾配が直線化してくる。このように温度勾配が直線化した時の温度上昇量に対する加熱時間を計測して浴槽内の水量を演算することにより、再現性のある水位制御を実現できる。また、追焚きにより、浴槽の湯水の上昇温度勾配が直線化していないときには、所定温度上昇における加熱計測時間が長くなり誤差が生じる。このような時には水位制御をキャンセルして、意図的に現在の水位が設定水位に基づくものでないことを認識させることができる。このように水位制御の動作後の水位と設定水量値とを比較することにより、入浴者が希望する水位と水位設定値が整合し、水位制御の信頼性が向上する。
【０００８】
浴槽の湯水に追焚きによって所定の熱量を加えた後に検温し、所定温度に到達していない場合には直線化したと判定して給湯制御モードに移行して水位制御を行う。また所定温度を越えた場合には温度勾配が直線化していないものとして設定温度まで沸き上げて制御動作を終了する。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明を図面に示した一実施形態を参照して詳細に説明する。
【００１０】
図１は、本発明の風呂装置の一実施形態を示したものである。
【００１１】
この風呂装置は、給湯追焚装置１を備えている。浴槽３には循環口５を介して給湯追焚装置１の戻り管７および往き管９が接続されており、追焚用熱交換器１１によって浴槽３の湯水を加熱するための追焚経路が形成されている。戻り管７には、浴槽３の湯水を循環させるためのポンプ１３と、このポンプ１３による湯水の流水を検出するための流水スイッチ１５と、浴槽３の湯水の温度を検出するための温度センサ１７が設けられている。
【００１２】
戻り管７には、切換弁１９を介して上水管２１からの上水を給湯用熱交換器２３により加熱して導入するための給湯装置が接続されている。この給湯装置における熱交換器１１の上流側には、熱交換器２３に流入する上水温度と水量を検出するための給水温度センサ２５と給水量センサ２７が設けられ、熱交換器２３の下流側には熱交換器２３により加熱された上水温度を検出するための出湯温度センサ２９が設けられている。更に、熱交換器２３の下流側には、熱交換器２３へ上水を流入させて給湯装置を動作させるための開閉弁３１と、上水と下水を分離するためのホッパー３３と、浴槽３への上水の供給量を検出するための水量センサ３５とが設けられている。
【００１３】
熱交換器１１と熱交換器２３には、熱交換により湯水を加熱するためのバーナ３７、３９が備えられている。各バーナ３７、３９には燃料ガス管４１からの燃料ガスが燃料開閉弁４３、燃料比例弁４５、燃料元弁４７、４９を介して供給されている。すなわち、熱交換器１１を加熱するバーナ３７は固定された燃焼能力を備えたものであり、熱交換器２３を加熱するバーナ３９の燃焼能力は給湯制御のために可変できるようにしてある。ファンモータ５９、６１はバーナ３７、３９に燃焼に必要な空気を供給する。
【００１４】
バーナ３７、３９の点火はイグナイター５１、５３により行われ、バーナ３７、３９の燃焼確認をフレームロッド５５、５７により行う。
【００１５】
次に、図２は、風呂装置の制御装置１００を示し、この制御装置１００にはマイクロコンピュータ等で構成される制御部１０１が備えられている。この制御部１０１には、風呂装置の制御を司るＣＰＵ１０３が備えられており、このＣＰＵ１０３にはＡ／Ｄ変換器１０５、外部のアナログ回路とのインターフェイスとしての入出力回路１０７が接続され、更にＣＰＵ１０３の演算処理の一時記憶、演算データ、設定データが格納されているＲＡＭ１０９、ＣＰＵ１０３の動作プログラムや処理条件データ等が格納されているＲＯＭ１１１やＣＬＯＣＫ１１３が接続されている。
【００１６】
入出力回路１０７には、水量検出回路１１５、流水検出回路１１７、炎検出回路１１９、点火回路１２１、ポンプ駆動回路１２３、開閉弁駆動回路１２５、切換弁駆動回路１２７、燃料比例弁駆動回路１２８、燃料開閉弁駆動回路１２９、燃料元弁駆動回路１３１、ファンモータ駆動回路１３３、熱効率切換回路１３５、送受信回路１３７が接続されており、これらには水量センサ２７、３５、流水スイッチ１５、フレームロッド５５、５７、イグナイター５１、５３、ポンプ１３、開閉弁３１、切換弁１９、燃料比例弁４５、燃料開閉弁４３、燃料元弁４７、４９、ファンモータ５９、６１、切換スイッチ１３９が接続されている。
【００１７】
また、Ａ／Ｄ変換器１０５には給水温度センサ２５、出湯温度センサ２９、温度センサ１７がそれぞれ接続されている。
【００１８】
次に、図３は、制御装置１００に対応する遠隔制御装置２００を示している。制御装置１００と遠隔制御装置２００との通信媒体は、有線または無線による。遠隔制御装置２００は、制御装置１００に設定データ、運転命令を送信し、制御装置１００の動作状態等を表示する。
【００１９】
遠隔制御部２０１には遠隔制御装置２００の演算動作等を司るＣＰＵ２０３が備えられており、このＣＰＵ２０３にはインターフェィスとしての入出力回路２０５、ＣＰＵ２０３の演算データの一時記憶を行い、設定データを格納記憶するためのＲＡＭ２０７、ＣＰＵ２０３の制御プログラムおよび各種データが格納されているＲＯＭ２０９、ＣＬＯＣＫ２１１が接続されている。
【００２０】
入出力回路２０５には、スイッチによる追焚温度入力、給湯温度入力、水位入力、運転指令入力を検出するためのスイッチ検出装置２１３と、追焚温度、給湯温度、水位、運転状態を液晶ディスプレイ、ＬＥＤ、蛍光表示管、ブラウン管などに表示するための表示装置２１５とが備えられている。
【００２１】
次に、追焚制御モードおよび給湯制御モードにおける動作を図４〜図５を参照して説明する。
【００２２】
図４は、追焚制御モードを示している。追焚制御モードは、浴槽３の湯水を循環経路を循環させて、熱交換器１１にて湯水を加熱し、その加熱された湯水を浴槽３に圧送、撹拌させて浴槽３内の湯水の温度を昇温させるものである。
【００２３】
まず、追焚制御モードに移行すると、切換弁１９を追焚循環するように切り換えて、給湯経路から遮断する。続いてポンプ１３を駆動させ、浴槽３内の湯水が循環経路を循環したかどうかを流水スイッチ１５により検出し、流水スイッチ１５が動作状態になるとファンモータ５９が動作開始し、燃料元弁４９と燃料開閉弁４３が開き、イグナイター５１が放電を開始してバーナ３７が燃焼を開始する。バーナ３７の燃焼はフレームロッド５５より炎信号を検出して確認する。
【００２４】
熱交換器１１にて加熱された湯水を浴槽３内に圧送し、撹拌されて再び戻り管７より循環経路に戻される。この戻された湯水の温度を温度センサ１７にて検出し、遠隔制御装置２００にて設定される追焚温度と比較する。そして、浴槽３の湯水の温度が追焚温度と一致したときに、燃料開閉弁４３、燃料元弁４９を閉じて燃料供給を遮断してバーナ３７の燃焼を停止させ、以後順次ポンプ１３、ファンモータ５９を適当な時間間隔で停止させる。
【００２５】
次に、図５は給湯制御モードを示している。給湯制御モードの動作に先立ち、切換弁１９をホッパー３３から熱交換器１１への流路に切り換える。制御装置１００または遠隔制御装置２００からの給湯命令により、開閉弁３１を開く。すると、上水管２１からの上水は上水圧力により熱交換器２３、熱交換器１１、往き管９を介して浴槽３に圧送される。この上水の流入を給水量センサ２７により検出すると、ファンモータ６１が回転し、燃料元弁４９、４７が開き、給水量センサ２７により検出される給水量と給水温度センサ２５により検出される給水温度と設定温度とに基づいて演算される燃料供給量に比例した開度に燃料比例弁４５が開かれ、イグナイター５３の放電によりバーナ３９が燃焼を開始する。燃焼はフレームロッド５７にて確認する。以後は出湯温度センサ２９にて確認される出湯温度と遠隔制御装置２００にて設定された入浴温度、すなわちここでは追焚温度と比較して燃料比例弁４５を制御する。
【００２６】
そして、給湯制御モードの終了に際しては開閉弁３１を閉じて上水の流入を遮断して、順次燃料元弁４７、４９、ファンモータ６１を停止させる。
【００２７】
次に、この風呂装置における浴槽３内の水位の制御動作について説明する。
【００２８】
まず、給湯制御モードに移行して、切換弁１９をホッパー３３からポンプ１３側に切り換えて、ポンプ１３に呼び水を行う。続いて切換弁１９を切り換えて循環経路を形成し、ポンプ１３を所定時間駆動させて、流水スイッチ１５により循環流水があるかどうかを確認する。循環流水が確認できなかった場合には、浴槽３内には湯水が無いと判断して、給湯制御モードに移行し、遠隔制御装置２００にて設定された浴槽３における希望する水位、すなわち湯水量が浴槽３に供給されたかどうかを水量センサ３５の検出値より判断し、設定水量に到達したら給湯制御モードを停止させる。以上のプロセスにより、浴槽３内が空の場合の水位制御が完了する。
【００２９】
以上の動作に於いて、浴槽３内に残水があった場合の水位制御について説明する。
【００３０】
この場合には、引き続きバーナ３７を着火させて追焚制御モードに移行する。浴槽３内の湯水が所定温度上昇する時間をＣＬＯＣＫ１１３の信号を基にＣＰＵ１０３が計測し、式（１）の演算を行う。
Ｑ＝Ｓ×η×ｔ／△Ｔ・・・・・（１）
ただし、Ｑ：残水量、Ｓ：追焚インプット能力、η：熱効率、ｔ：加熱時間、Ｔ：上昇温度である。
【００３１】
そして、設定水位（水量）Ｑ０とＱとを比較して、Ｑ０＞Ｑであれば、不足水量Ｑ’を算出して給湯制御モードに移行して、浴槽３に不足水量Ｑ’に相当する水量を給水する。
【００３２】
また、熱効率ηは浴槽、配管などの放熱ロスを考慮した熱効率であって、標準的な設定水量Ｑ０を所定温度加熱して得られた熱効率で式（２）から求める。
η＝Ｑ０×△Ｔ／Ｓ×ｔ・・・（２）
【００３３】
この熱効率ηは、配管長ごとに計測して、ＲＯＭ１１１に格納しておき、配管長に応じて切換スイッチ１３９を切り換えて最適な熱効率データをＲＯＭ１１１から読み込んで水位制御に使用する。また、給湯制御モード後の水位と設定水位との差が大きい場合には、切換スイッチ１３９を適宜切り換えて、水位制御演算の補正を行う。
【００３４】
前述の通り、水位制御を行うに際し、放熱損失等を加味して熱効率を補正することにより水位制御の精度の向上を図っているが、この補正を行っても制御される水位が大幅に異なる場合がある。すなわち、熱交換器１１にて加熱されて浴槽３に圧送された湯水は、浴槽３内の湯水と撹拌されるため、大容量の湯水を溜める浴槽３の湯水の温度を上昇させるにはかなりの熱量を必要とし、このため加熱開始初期の温度勾配は緩やかなカーブを描き、やがて浴槽３内の湯水に十分な熱量が蓄積されてくると、温度勾配が直線性を有してくる。この温度勾配の推移において、温度勾配が非直線的であるときに加熱温度差に対する加熱時間を計測することにより水位制御における制御誤差が発生する。従って、温度傾斜が直線性を有しているときに上昇温度における加熱時間を計測して水量演算を行えば誤差の発生が抑制される。
【００３５】
しかしながら、加熱前の浴槽３の湯水の温度、放熱損失によって、湯水の上昇温度の勾配が異なるため、湯水の温度をサンプリングして温度勾配が直線化したかどうかを判定することは極めて難しい。そこで、浴槽３内の湯水に所定時間の熱量を与えて、その時の検出温度が設定温度より所定温度低いしきい温度未満であればしきい温度から設定温度までの上昇区間は温度勾配に直線性があるとして、しきい温度から設定温度までの加熱時間を計測して、この上昇温度、加熱時間から式（１）より浴槽３内の水量を演算して、水位制御を行う。また、しきい温度以上に湯水の温度が上昇したら、温度勾配に直線性が無いものと判断して、誤差のある水位制御を排除して設定温度まで沸き上げる。
【００３６】
さて、本発明ではしきい温度として、温度勾配による水量演算の可否、時間計測に移行する間の制御動作誤差を排除するために、湯水の温度勾配が水量演算に適しているかどうかを判断するためのしきい温度、すなわち第１の目標温度として例えば設定温度より５゜Ｃ低い温度値を設定し、また加熱時間計測を行うためのしきい温度、すなわち第２の目標温度として例えば設定温度より３゜Ｃ低い値を設定している。
【００３７】
ところで、水位制御にかかるデータの要素として温度差と時間が重要な要素を帯びている。時間の計測の場合には、ＣＬＯＣＫ１１３からの発信パルスを時間計測に使用できることから精度の高い時間計測が可能であるが、温度の場合、ポンプ１３の圧送圧力による浴槽３の湯水の温度変動が顕著であることから、高い精度のＡ／Ｄ変換器１０５による温度計測処理が難しく、一般的に８ビットのものが使用されており、Ａ／Ｄ変換器１０５による分解温度は０．５゜Ｃ〜１゜Ｃに設定されている。すなわちＡ／Ｄ変換器１０５による検出温度には０．５゜Ｃ〜１゜Ｃもの誤差範囲を含んでいる。
【００３８】
そこで、Ａ／Ｄ変換器１０５より計測されたＡ／Ｄ変換データから、Ａ／Ｄ変換器１０５の分解能としてのしきい値を越える時を温度計測のための基準とする必要がある。Ａ／Ｄ変換器１０５からの温度データとしてのＡ／Ｄ変換データを所定時間ごとにサンプリングしてＲＡＭ１０９に格納し、記憶された複数の温度データをサンプリング時間ごとに平均値を算出して、この平均値が目標温度、設定温度となったときをＡ／Ｄ変換におけるしきい値を越えた時点と判断して、時間計測を開始することにより、計測誤差を排除する。
【００３９】
次に、この風呂装置の制御動作を図６及び図７のフローチャートを参照して説明する。図中のＡ、Ｂは各フローチャートの連結子である。
【００４０】
ステップＳ１ではポンプ１３による湯水の循環があるか否かを判定する。遠隔制御装置２００から運転命令が入力されると、制御装置１００は各設定データに基づき制御動作を開始する。まず切換弁１９がホッパー３３からポンプ１３への流路に切り換えられ、開閉弁３１を開き上水をポンプ１３に導入して呼び水を行う。続いて、開閉弁３１を閉じ、切換弁１９を循環経路に切り換えて、ポンプ１３を駆動させて循環流水を発生させ、流水スイッチ１５より浴槽３の残水の有無を検出する。残水が確認されればステップＳ２へ、確認されなければステップＳ３に移行する。
【００４１】
ステップＳ１にて残水が確認されなければ、ステップＳ３の給湯制御モードに移行し、ステップＳ４で設定水量を浴槽３に給湯する。遠隔制御装置２００にて設定された浴槽の水位まで上水を加熱し導入する。以後はステップＳ１５に移行する。
【００４２】
ステップＳ１にて残水が確認された場合には、ステップＳ２の追焚制御モードに移行して、ポンプ１３を動作させ、バーナ３７を点火して燃焼を開始する。燃焼開始をフレームロッド５５にて検出したら時間計測を開始し、浴槽３の湯水に２分間熱量を与える。ステップＳ５、Ｓ６に示すように、この間に浴槽３の湯水が設定温度まで上昇した場合には追焚制御モードを停止し、制御動作を終了させる。
【００４３】
２分間湯水に熱量を加え、この時点で浴槽３の湯水が設定温度より５゜Ｃ低い第１の目標温度に到達したかどうかを判定する。ステップＳ７に示すように、第１の目標温度を越えていた場合にはステップＳ１５に移行する。
【００４４】
次に、ステップＳ８では設定温度より３゜Ｃ低い第２の目標温度に到達したかどうかを判定し、Ａ／Ｄ変換器１０５からの温度データの平均値が第２の目標温度になった時点から、ステップＳ９で設定温度になるまでの加熱時間の計測を行い、ステップＳ１０では設定温度に到達したか否かを判定する。
【００４５】
そして、ステップＳ１１では例えば３°Ｃの上昇温度と加熱時間から浴槽３内の残湯量を演算し、ステップＳ１２でこの演算された水量が遠隔制御装置２００にて設定された水量より少ないときには、ステップＳ１３、Ｓ１４で給湯制御モードに移行して不足水量を浴槽３に供給する。
【００４６】
また、ステップＳ１５では追焚制御モードに移行し、ステップＳ１６で設定温度まで浴槽３の湯水を沸き上げる。尚、追焚制御モードにおいて設定温度まで沸き上げてから一定時間ごとに追焚制御モードを動作させて浴槽３内の湯水を保温する。
【００４７】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次の効果が得られる。
ａ．水位センサを用いないで水位制御を行なうとともに、湯水の上昇温度勾配が直線化したときに水位制御を行うことから水位の再現性が高く、入浴者の感覚的な水位の許容範囲内に水位を維持することができる。
ｂ．水位制御の誤差が生じる場合には水位制御をキャンセルし、入浴者に意図的に現在の水位が設定水位に基づくものでないことを認識させることができ、水位制御時の水位と設定水位値との整合性を高めることができ、水位制御の信頼性を向上させることができ、この設定水位値に基づいて入浴者の所望する水位に迅速かつ容易に変更することができる等、快適な入浴環境の形成に寄与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の風呂装置の実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の風呂装置の制御装置を示すブロック図である。
【図３】本発明の風呂装置の遠隔制御装置を示すブロック図である。
【図４】本発明の風呂装置の追焚制御モードにおける動作状態図である。
【図５】本発明の風呂装置の給湯制御モードにおける動作状態図である。
【図６】本発明の風呂装置の動作を示すフローチャートである。
【図７】本発明の風呂装置の動作を示すフローチャートである。
【符号の説明】
１給湯追焚装置
３浴槽
７戻り管
９往き管
１１追焚用熱交換器
１３ポンプ
２３給湯用熱交換器
１００制御装置（制御手段）

Claims

浴槽の湯水を循環経路を通して循環させて前記湯水を加熱する追焚制御モードと、上水を加熱して前記循環経路を介して前記浴槽に供給する給湯制御モードとを選択的に設定する制御手段を備え、
前記浴槽に残水がある場合に前記追焚制御モードに移行して前記浴槽の湯水を加熱し、加熱開始から所定時間経過後の前記湯水の温度を検出し、この検出温度が設定温度より所定温度だけ低いしきい温度以上の場合は、前記設定温度まで沸き上げ、前記検出温度が前記しきい温度未満の場合は、前記しきい温度から前記設定温度まで沸き上げる間において、上昇温度とその上昇に要した時間とその時間の加熱量を用いて前記浴槽内の水量を演算し、この演算結果を用いて前記給湯制御モードに移行して前記浴槽の水位を制御するようにしたことを特徴とする風呂装置。
熱源の熱により浴槽の湯水を加熱する熱交換器と、
前記浴槽に対する給水を調整する給水弁と、
前記浴槽の湯水の温度を検出する温度検出手段と、
前記温度検出手段の検出温度により、前記熱交換器又は前記給水弁の制御をする制御手段と、
を備え、前記制御手段が、前記熱交換器により前記浴槽の湯水を所定時間だけ加熱し、加熱開始から前記所定時間経過後の検出温度が設定温度より所定温度だけ低いしきい温度未満であれば、そのしきい温度から前記設定温度までの加熱時間を計測し、前記湯水の上昇温度及び加熱時間を用いて前記浴槽内の水量を演算し、この演算結果を用いて前記給水弁を制御して前記浴槽の水位制御を行い、前記所定時間の加熱で前記湯水の検出温度が前記しきい温度以上に上昇した場合には、前記水位制御を解除し、前記熱交換器により、前記浴槽内の湯水を加熱して前記設定温度まで沸き上げることを特徴とする風呂装置。